【正文】 表 31 溫度變化速率表Table 31 The velocity of temperature changing坡頂 坡面 坡腳溫度過(guò)程 (℃)溫 度恒 定持 續(xù)時(shí) 間 ( h)深度(m)始末溫差(℃)溫變速率(℃/h)前 2小時(shí)溫差(℃)前 2小時(shí)溫變速率(℃/h)始末溫差(℃)溫變速率(℃/h)前 2小時(shí)溫差(℃)前 2小時(shí)溫變速率(℃/h)始末溫差(℃)溫變速率(℃/h)前 2小時(shí)溫差(℃)前 2小時(shí)溫變速率(℃/h)23 12 ℃ ℃22232425262728290 2 4 6 8 10℃℃/h℃℃/℃℃ ℃22232425262728290 2 4 6 8 10℃℃/h℃℃/℃℃ ℃22232425262728290 2 4 6 8 10℃℃/h℃℃/℃℃ ℃0223 24 25 26 27 28 29℃℃/℃℃℃/m0h2h10h℃ ℃022 23 24 25 26 27 28 29℃℃/℃℃℃/m 0h2h10h℃ ℃022 23 24 25 26 27 28℃℃/℃℃℃/m 0h2h10h廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究23→ 10 → 2012 → 3012 → 40 → 3012 → 2010 注：“－”表示降溫 低濕度環(huán)境條件下環(huán)境溫度的改變對(duì)邊坡模型內(nèi)溫度場(chǎng)的影響改變環(huán)境濕度，令環(huán)境濕度保持 70％RH 不變，按照20℃～10℃～20℃～30℃～40℃～30℃～20℃為一個(gè)循環(huán)過(guò)程，量測(cè)在此過(guò)程中土體內(nèi)部溫度、含水量的變化情況。 環(huán)境溫度、濕度的改變對(duì)邊坡模型內(nèi)溫度場(chǎng)的影響 高濕度環(huán)境條件下環(huán)境溫度的改變對(duì)邊坡模型內(nèi)溫度場(chǎng)的影響首先模擬高濕度情況下，環(huán)境溫度改變對(duì)土體內(nèi)溫度場(chǎng)影響。用％RH 表示。 試驗(yàn)方案根據(jù)廣西的氣象資料,通過(guò)模擬不同的環(huán)境溫度、濕度、降雨等環(huán)境因素，觀(guān)測(cè)土體內(nèi)溫度場(chǎng)分布規(guī)律。各地年平均氣溫～℃，各地累年極端最高氣溫為 ～℃。廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究17第三章 環(huán)境因素對(duì)邊坡模型內(nèi)溫度場(chǎng)影響的試驗(yàn)研究膨脹土受環(huán)境因素影響顯著，環(huán)境因素的變化將引起土體內(nèi)溫度、含水量的改變。溫度傳感器的埋設(shè)方法：（1）在需鉆孔位置將套管放平固定；（2）將土鉆組裝好，插入鋼套管，鉆孔；（3）將孔內(nèi)土取出，鉆孔到一定深度后擴(kuò)孔；（4）將溫度傳感器按設(shè)計(jì)位置綁扎在細(xì)導(dǎo)竿上，將綁扎好溫度傳感器的細(xì)導(dǎo)竿放入鉆孔；（5）將磨細(xì)的膨脹土粉末回填鉆孔后壓實(shí)。TDR 測(cè)試管的埋設(shè)完成后，如圖 29 所示。坡頂?shù)穆裨O(shè)方法如圖 27 所示。制作完成后的邊坡模型如圖 26 所示：圖 26 邊坡模型Figure 26 The slope model 測(cè)試儀器的埋設(shè)考慮到在夯實(shí)土體過(guò)程中對(duì)溫度及濕度測(cè)試儀器的影響，將測(cè)試儀器在邊坡模型制作完畢后進(jìn)行埋設(shè)。根據(jù)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)得到的土樣最大干密度和最優(yōu)含水量來(lái)控制壓實(shí)質(zhì)量。制作邊坡模型所用膨脹土取自南寧市南梧路嘉和城附近，其主要物理性質(zhì)指標(biāo)如表 2－2 所示：表 22 基本物理性質(zhì)指標(biāo)Table 22 Basic physical character index 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究11密度(g/ cm3)天 然 含 水 量(%)最 大 干 密 度(g/cm3)最 優(yōu) 含 水 量(%)液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)平 均 自 由 膨 脹 率(%) 44 46根據(jù)自由膨脹率，可以初步判別所取土樣為弱膨脹土。主要技術(shù)指標(biāo)：靈敏度：℃；精度：177。廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究10圖24 溫度 傳感器Figure24 Temperature sensor 圖 23 TRIMETDR 系 統(tǒng)組件 Figure 23 Components of the TRIMETDR system(2)主要技術(shù)指標(biāo)TRIMET3 土壤剖面水分傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍從 0 到 60%，精度可以控制在 3%以?xún)?nèi)；T3 探頭長(zhǎng) 220mm，TECANAT 塑料探管內(nèi)徑 42mm，長(zhǎng)度包括 1m，2m，3m三種類(lèi)型；TRIMEFM 讀數(shù)表的主要技術(shù)指標(biāo)：TRIMEFM 讀數(shù)表的分辨率為 %，讀數(shù)的重復(fù)精度177。表 21 主要土壤成分的介電常數(shù)(Curtis and Defandorf, 1929) [38]Table 21 The main soil constituents dielectric constant Material DielectricAir 1Water 80 at 20℃Ice 3 at 5℃Basalt 12Granite 79Sandstone 911Dry loam Dry sand TRIMETDR 簡(jiǎn)介 TDR 主要有探針式和探管式兩種。廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究9 TDR 簡(jiǎn)介 TDR 測(cè)量土體含水量的原理時(shí)域反射儀(Time Domain Reflectometry，簡(jiǎn)稱(chēng)TDR)是一項(xiàng)包含高頻電子脈沖的技術(shù)，通過(guò)測(cè)定電磁波在混合介質(zhì)中沿波導(dǎo)棒傳播的速度，來(lái)確定混合介質(zhì)的介電常數(shù)?！?； 在+5℃以下時(shí)，177。為保證環(huán)境模擬精確、穩(wěn)定，系統(tǒng)配有檢測(cè)儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)等，可依據(jù)測(cè)量信號(hào)，通過(guò)一定的控制算法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使氣候環(huán)境保持恒定或按程序自動(dòng)變化，其過(guò)程以動(dòng)態(tài)圖形顯示。本設(shè)備是在泥土實(shí)驗(yàn)坑 (L)（W）（D）上安裝的。具體的實(shí)施步驟，如圖 11 所示。廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究6姚玉春 [34]利用離心機(jī)模擬在降雨條件下邊坡破壞機(jī)理，認(rèn)為邊坡土體在含水量增大造成強(qiáng)度降低可以用損傷變量來(lái)表示，要防止水的入滲導(dǎo)致含水量超過(guò)損傷變量突變點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值，超過(guò)此值，邊坡土體損傷將加速發(fā)展，將由局部破壞發(fā)展成為深層的整體性破壞。目前所取得的一些研究成果很多是基于理論研究、室內(nèi)機(jī)理試驗(yàn)輔以少量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得的，如果在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位試驗(yàn)應(yīng)該說(shuō)是最理想的，但由于問(wèn)題本身的復(fù)雜性，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以準(zhǔn)確控制環(huán)境條件，干擾因素很多，土體內(nèi)的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)也難以量測(cè)，因而試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性差。通過(guò)土體含水量、張力和壓力的變化來(lái)揭示邊坡表面入滲過(guò)程，全程分析了在降雨入滲過(guò)程中邊坡穩(wěn)定性的變化情況。監(jiān)測(cè)儀器包括張力計(jì)、熱傳導(dǎo)吸力探頭、含水量探頭、土壓力盒、測(cè)斜管、雨量計(jì)、蒸發(fā)計(jì)以及地表徑流量等組成了一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在土體不同深度埋設(shè)吸力傳感器，同時(shí)相應(yīng)地設(shè)置含水量探頭，以及多個(gè)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)和水平位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，以取得在亞熱帶濕熱多雨環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)吸力變化的經(jīng)驗(yàn)，探求不同深度土層的吸力變化、變形、強(qiáng)度、環(huán)境和氣候變化的關(guān)系，為土體氣候變化～基質(zhì)吸力～變形的數(shù)學(xué)模型計(jì)算提供客觀(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)踐依據(jù)。并利用現(xiàn)場(chǎng)前期實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)他所建立的模型進(jìn)行標(biāo)定，采用標(biāo)定后的模型對(duì)后期土體在大氣作用下的各種反應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 試驗(yàn)手段研究概況理論模型的建立及其驗(yàn)證必須要借助于試驗(yàn)手段的發(fā)展。楊代泉、沈珠江 [25]提出了一個(gè)非飽和土孔隙氣、水、汽、熱耦合運(yùn)動(dòng)的理論模型。崔玉軍、盧應(yīng)發(fā)等 [21][22]采用Wilson提出的理論描述土體的溫度和吸力變化特征，考慮了降雨、溫度和風(fēng)速等不同因素對(duì)巖土孔隙介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)的影響，并利用Penman方程估算水的蒸發(fā)。 [18]等采用該程序?qū)ν翆拥乃?shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，并模擬了大氣降雨和蒸騰作用下某銀礦廢棄場(chǎng)上覆蓋土層的液態(tài)水和氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果十分吻合。 Obukhov [14]方法描述在大氣低層的動(dòng)量、熱和質(zhì)量遷移，建立了一個(gè)大氣邊界層耦合的非飽和土的水熱遷移方程。 Devries [10]、Devries [11]建立在質(zhì)量和能量平衡基礎(chǔ)上的水～氣～熱耦合運(yùn)移理論，提出土中液、氣兩相水流在水熱梯度共同作用下的運(yùn)動(dòng)模型。1994年在武漢召開(kāi)了“中加非飽和土學(xué)術(shù)研討會(huì)”，標(biāo)志著我國(guó)非飽和土理論研究已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)全新的高度，其中有一些學(xué)者對(duì)非飽和膨脹土特性進(jìn)行了較深入的研究，可以認(rèn)為膨脹土的研究己經(jīng)從一個(gè)國(guó)家或區(qū)域的研究逐漸發(fā)展成為世界性的共同課題。1959年，美國(guó)首次全國(guó)性的膨脹粘性土學(xué)術(shù)會(huì)議在科羅拉多州召開(kāi)，1959年至1977年，英國(guó)、美國(guó)、羅馬尼亞、前蘇聯(lián)和日本都相繼在正式的土工規(guī)范與鐵路規(guī)范等文件中增列了有關(guān)膨脹上的條文內(nèi)容，充分反映了各國(guó)對(duì)膨脹土問(wèn)題的重視及對(duì)其所采取的科廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境因素對(duì)膨脹土邊坡內(nèi)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)影響的模型試驗(yàn)研究3學(xué)態(tài)度。膨脹土對(duì)工程建筑的危害是無(wú)所不包的，而且是反復(fù)和長(zhǎng)期的。土體內(nèi)的濕度場(chǎng)直接影響著土體的結(jié)構(gòu)，濕度的變化必然會(huì)影響熱量的傳遞；溫度的變化打破了土體內(nèi)的熱動(dòng)力平衡，使土體內(nèi)的濕度場(chǎng)發(fā)生遷移，從而對(duì)土體結(jié)構(gòu)特別是土中膠結(jié)物的形成和發(fā)展產(chǎn)生影響。土體內(nèi)的溫度和濕度是相互作用，相互影響的，并且受外界環(huán)境因素的影響較大。土體溫度的變化強(qiáng)度與土層、含水量和地下水等因素有關(guān) [6]。近年來(lái)，國(guó)際上關(guān)于溫度對(duì)土變形和強(qiáng)度特性的影響得到了很大的關(guān)注。降水量的時(shí)空分布不均，干濕交替頻繁，將會(huì)對(duì)膨脹土內(nèi)部溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的分布產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到土體的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，膨脹土已造成廣西數(shù)百萬(wàn)平方米的建筑物受損，使已建成的公路鐵路等交通設(shè)施的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元 [3]。 displacement I目 錄第一章 緒論 ...............................................................1 引言 ................................................................1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................................2 膨脹土研究概況 ...................................................2 土體溫度、濕度計(jì)算理論研究概況 ...................................3 試驗(yàn)手段研究概況 .................................................4 本文主要工作 ........................................................6第二章 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)與制作 ...............................................7 試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 ........................................................7 環(huán)境發(fā)生器簡(jiǎn)介 ...................................................7 TDR 簡(jiǎn)介 ..........