干湿循环下云南红土的土水作用特性

本书以云南红土为研究对象，以增湿、脱湿引起的干湿循环作为控制条件，室内制备干湿循环红土试样，通过宏微观的试验手段，结合理论分析和图像处理的研究方法，对比分析了增湿过程、脱湿过程以及干湿循环过程中云南红土的水分入渗、基质吸力、膨胀收缩、裂缝发展等土水作用特性。对于深入揭示库水位升降、降雨干旱引起的干湿循环作用对红土型结构的劣化影响具有重要价值。本书可供高等学校、科研单位、工程单位等从事相关专业研究的教师、研究人员、工程师、研究生参考。

第1章 土体的干湿循环及土水作用问题 1
1.1 干湿循环问题的存在 1
1.2 土体干湿循环问题的研究 2
1.2.1 宏观干湿循环特性 2
1.2.2 微观干湿循环特性 3
1.3 土体中土水作用问题的研究 3
1.3.1 入渗特性 3
1.3.2 基质吸力特性 4
1.3.3 胀缩特性 5
1.3.4 裂缝特性 6
1.4 红土中的干湿循环及土水作用问题研究 7
1.4.1 干湿循环研究 7
1.4.2 土水作用研究 8
第2章 增湿条件下红土的入渗特性 10
2.1 试验设计 10
2.1.1 试验土料 10
2.1.2 试验方案 10
2.2 变水头增湿条件下红土的入渗特性 11
2.2.1 入渗时间的影响 11
2.2.2 初始干密度的影响 14
2.2.3 初始含水率的影响 16
2.2.4 导水率与入渗时间的拟合 19
2.2.5 饱和导水率与初始干密度的拟合 21
2.3 积水增湿条件下红土的入渗特性 22
2.3.1 入渗时间的影响 22
2.3.2 初始干密度的影响 28
2.3.3 初始含水率的影响 31
2.3.4 土柱尺寸的影响 34
2.4 红土的Green-Ampt入渗模型 35
2.4.1 单层土体的Green-Ampt入渗模型 35
2.4.2 单层红土的Green-Ampt入渗模型参数 37
2.4.3 单层红土的入渗经验公式 38
2.4.4 单层红土入渗经验公式的验证 39
2.4.5 分层土的Green-Ampt入渗模型 41
2.4.6 分层红土Green-Ampt入渗模型的验证 43
第3章 干湿循环下红土的基质吸力特性 47
3.1 试验设计 47
3.1.1 试验土料 47
3.1.2 土-水特性试验方案 47
3.1.3 微观结构特性试验方案 50
3.2 土-水特征曲线 51
3.2.1 土-水特征曲线的特点 51
3.2.2 土-水特征参数 52
3.3 脱湿过程中红土的基质吸力特性 52
3.3.1 脱湿次数的影响 52
3.3.2 初始干密度的影响 54
3.3.3 初始含水率的影响 57
3.3.4 预固结压力的影响 59
3.3.5 过筛粒径的影响 62
3.4 增湿过程中红土的基质吸力特性 64
3.4.1 增湿次数的影响 64
3.4.2 初始干密度的影响 65
3.4.3 过筛粒径的影响 68
3.5 干湿循环过程中红土的基质吸力特性 70
3.5.1 干湿循环次数的影响 70
3.5.2 初始干密度的影响 71
3.5.3 过筛粒径的影响 73
3.5.4 土-水特征曲线的滞后性 74
3.5.5 滤纸法与压力板仪法结果对比 75
3.6 含砂红土的基质吸力特性 75
3.6.1 初始干密度的影响 75
3.6.2 含砂率的影响 77
3.6.3 干湿循环的影响 79
3.6.4 基质吸力与抗剪强度的关系 80
3.7 干湿循环下红土土-水特征曲线的拟合 85
3.7.1 土-水特征曲线的拟合关系 85
3.7.2 土-水特征曲线的拟合结果 85
3.8 干湿循环下红土的微观结构特性 89
3.8.1 电导率特性 89
3.8.2 微结构特性 91
第4章 干湿循环下红土的胀缩特性 97
4.1 试验设计 97
4.1.1 试验土料 97
4.1.2 试验方案 97
4.2 不同初始干密度下干湿循环红土的胀缩特性 99
4.2.1 膨胀特性随增湿时间的变化 99
4.2.2 膨胀特性随增湿次数的变化 101
4.2.3 膨胀特性随初始干密度的变化 102
4.2.4 收缩特性随脱湿时间的变化 104
4.2.5 收缩特性随脱湿次数的变化 106
4.2.6 收缩特性随初始干密度的变化 107
4.2.7 横向收缩与竖向收缩比较 108
4.2.8 膨胀与收缩比较 109
4.3 不同初始含水率下干湿循环红土的胀缩特性 110
4.3.1 膨胀特性随增湿时间的变化 110
4.3.2 膨胀特性随增湿次数的变化 112
4.3.3 膨胀特性随初始含水率的变化 113
4.3.4 收缩特性随脱湿时间的变化 115
4.3.5 收缩特性随脱湿次数的变化 117
4.3.6 收缩特性随初始含水率的变化 118
4.3.7 横向收缩与竖向收缩比较 120
4.3.8 膨胀与收缩比较 122
4.4 不同试样尺寸下干湿循环红土的胀缩特性 124
4.4.1 膨胀率的尺寸效应随增湿时间的变化 124
4.4.2 膨胀率的尺寸效应随增湿次数的变化 127
4.4.3 膨胀率的尺寸效应随初始干密度的变化 130
4.4.4 膨胀率的尺寸效应随初始含水率的变化 132
4.4.5 收缩率的尺寸效应随脱湿时间的变化 133
4.4.6 收缩率的尺寸效应随脱湿次数的变化 136
4.4.7 收缩率的尺寸效应随初始干密度的变化 139
4.4.8 收缩率的尺寸效应随初始含水率的变化 140
第5章 干湿循环下红土的裂缝特性 142
5.1 试验设计 142
5.1.1 试验土料 142
5.1.2 试验方案 142
5.2 试验现象观测 143
5.2.1 不同初始含水率 144
5.2.2 不同初始干密度 145
5.2.3 不同干湿循环温度 145
5.2.4 不同干湿循环时间 146
5.3 裂缝图像处理 150
5.3.1 红土裂缝图像的特点 150
5.3.2 裂缝图像前处理 150
5.3.3 裂缝图像特征参数的提取 153
5.4 不同初始含水率下干湿循环红土的裂缝特性 154
5.4.1 增湿过程的裂缝特性 154
5.4.2 脱湿过程的裂缝特性 157
5.4.3 干湿循环过程的裂缝特性 160
5.5 不同初始干密度下干湿循环红土的裂缝特性 162
5.5.1 增湿过程的裂缝特性 162
5.5.2 脱湿过程的裂缝特性 165
5.5.3 干湿循环过程的裂缝特性 168
5.6 不同温度下干湿循环红土的裂缝特性 169
5.6.1 裂缝条数的变化 169
5.6.2 裂缝长度的变化 171
5.6.3 裂缝宽度的变化 173
5.6.4 裂缝面积的变化 175
5.6.5 增湿-脱湿过程比较 177
5.7 不同时间下干湿循环红土的裂缝特性 178
5.7.1 增湿过程的裂缝特性 178
5.7.2 脱湿过程的裂缝特性 187
5.7.3 干湿循环过程的裂缝特性 194
5.8 不同影响因素对干湿循环红土裂缝发展的影响 196
5.8.1 裂缝发展过程 196
5.8.2 初始含水率的影响 197
5.8.3 初始干密度的影响 198
5.8.4 温度的影响 199
5.8.5 干湿循环时间的影响 200
5.8.6 干湿循环次数的影响 201
5.8.7 红土的裂缝特性与红土型大坝开裂的关系 201
参考文献 202