土水特征曲线试验及其拟合研究

陈承佑 王焕新

广西大学 土木建筑工程学院，广西南宁 530004

土水特征曲线试验及其拟合研究

陈承佑 王焕新

广西大学 土木建筑工程学院，广西南宁 530004

本文通过对南宁膨胀土进行压力板试验，测得其含水量—基质吸力的关系（即SWCC）。由于试验数据一般存在一定的离散性，故需进行拟合；本文借助Origin软件，用二种土水特征曲线模型对其进行拟合，并对拟合结果进行了讨论分析。

膨胀土；土水特征曲线；拟合

expansive soil；SWCC；fitting

引言

土水特征曲线(SWCC) 是指非饱和土中吸力和质量含水率ω、体积含水量θ或饱和度S之间的关系。土水特征曲线在非饱和土力学研究中扮演着重要角色，它可用来解释非饱和土性状的主要本构关系，将理论试验测试与预测方法有机地联系起来[1]。通过土水特征曲线可获得非饱和土的渗透函数、抗剪强度等有关参数[2][3]。但由于由试验测试得到的土水特征数据一般较为粗糙，离散点比较多。如直接应用于数值模拟，往往导致数值不收敛，需要进一步拟合，才能应用于实际。为此，本文先采用压力板法获得南宁膨胀土脱湿土水特征曲线数据，然后分别利用VG和FX模型对其进行拟合。

1 试验过程及结果

1.1 试验过程

试样土样为南宁膨胀土。采用闷土法制备含水量为35.8%、干密度为1.3 g/cm3的土饼，然后制备环刀土样。土样的干密度差值不得超过0.03g/cm3。将制备好的土样先进行真空饱和，然后进行压力板试验。

1.2 试验结果

本试验采用美国 Soilmoisture公司生产的压力板仪，试验结果见表1。

表1 土水特征曲线试验数据

2 土水特征曲线数学模型及模拟

2.1 土水特征曲线数学模

2.1.1 Van genuchten （VG）模型[4]

Van Genuchten (1980)提出了一个平滑的封闭型3参数数学模型，用于拟合土体土-水特征曲线，其表达如下：

VG模型的数学表达式，包含了其所描述曲线中转折点的信息，能更好的拟合实际土体SWCC的形状。参数a约等于进气压力值，参数n与土体孔隙尺寸分布有关，参数m可由n来定。

2.1.2 Fredlund-Xing (FX)模型[5]

该模型也考虑了孔隙尺寸分布的作用，并提出了下面的表达式：

式中Ψ为吸力(kPa)，a，m，n为模型参数，e为自然对数常量，C(Ψ)为修正因子，Ψr为土体处于残余含水量状态时的吸力值。

2.2 土水特征曲线拟合

本文采用Origin软件进行拟合，结果见图1和图2：

图1 Van genuchten 模型拟合曲线

图2 Fredlund-Xing 模型拟合曲线

从图1和图2可以看出，利用上述二个数学模型对试验数据进行拟合所得的曲线连续光滑，应用起来相当便利。

表2 南宁膨胀土拟合参数

3 结语

本文主要结论如下：

3.1 利用轴平移技术，通过高进气值的陶土板改变不同的基质吸力，测试出土体的土水特征曲线的方法是可行的。

3.2 VG、FX土水特征曲线数学模型的拟合结果与试验比较接近，证明了该模型的具有很强在适用性。

3.3 利用Origin能够方便的对土水特征曲线进行拟合，可以得到较为正确的拟合参数。

[1]BARBOUR, L S. Nineteentcha nadiagn eotechn ical colloquiumth: e soil-water characteristicc urve: a historicapl erspective[CJ]. anadiaGn eotechnicJaol urnal,1998, 35(5).

[2]FREDLUND D G, XING A, FREDLUND M D,et al. The relationshoipf the unsaturatesd oil shear strengthf unctiont o the soil-water characteris tic curve[J]. CanadianG eotechnicJaol urnal, 1995,32(8): 440-448.

[3]VANAPALLSI K, FREDLUND D G, PUFAHL D E.The relationshbipe tweetn he soil-water characteristic curve and the unsaturatesd hear strength of a compactegdl acial till[J]. GeotechnicTael sting Journal,1996, 19(6): 259-268.

[4]刘汉乐，周启友，徐速.非饱和带中非均质条件下 LNAPL 运移与分布特性实验研究[J].水文地质工程地质，2006, 33（5）：52-57.

[5]孟长江.非饱和土土水特征曲线与强度的试验研究及其应用[D].

Soil water characteristic curve test and fitting research

Chen Chengyou Wang Huanxin
College of Engineering, Guangxi University,Nanning 530004,China

The pappert hrought o nanninge xpansivse oi l pressure plate test,meassutrhe e relation between the moisturce ontenat nd suction-matr(i x SWCC).As there are some experimendtaal ta are general discretenesss, o they are requiredf or fitting ;the paper introducets wo kinds of soil wate r characteristcic urve modetl o the fitting with the Origin software.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.013

TU411

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