冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0064

冰川冻土 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (3): 843-853.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0064

冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

赵茜¹(), 苏立君²^,³^,⁴(), 刘华¹^,⁵, 杨金熹¹

^1.西安建筑科技大学土木工程学院, 陕西西安 710055
^2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所, 四川成都 610041
^3.中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心, 北京 100101
^4.中国科学院大学, 北京 100049
^5.陕西省岩土与地下空间工程重点实验室, 陕西西安 710055

收稿日期:2019-01-29 修回日期:2020-05-16 出版日期:2020-10-31 发布日期:2020-12-08
通讯作者: 苏立君 E-mail:zhaoqian7059@163.com;sulijun1976@163.com
作者简介:赵茜（1993 - ），女，山西太原人， 2016年在山西农业大学获学士学位，现为西安建筑科技大学在读硕士研究生，从事黄土力学试验与理论研究. E-mail： zhaoqian7059@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51278397);陕西省自然科学基础研究计划项目(2018JQ5003);陕西省教育厅自然科学专项研究计划项目(18JK0478)

Investigation on the influence of freezing-thawing cycle on the permeability coefficient anisotropy of loess

Qian ZHAO¹(), Lijun SU²^,³^,⁴(), Hua LIU¹^,⁵, Jinxi YANG¹

^1.School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China
^2.Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
^3.CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Beijing 100101, China
^4.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^5.Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi’an 710055, China

Received:2019-01-29 Revised:2020-05-16 Online:2020-10-31 Published:2020-12-08
Contact: Lijun SU E-mail:zhaoqian7059@163.com;sulijun1976@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、重塑黄土渗透差异的影响，以西安Q₃黄土为研究对象，通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、围压、冻融循环次数变化的规律。结果表明：未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1，水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1；经历冻融循环后，水平、竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、抛物线形式与变化平缓的不同特征，而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势；原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（k_v /k_h ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90，可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时，可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知，原状、重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性，渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征，渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势，因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。

关键词: 原状黄土, 重塑黄土, 冻融循环, 渗透系数, 各向异性, 孔隙率

Abstract:

In order to reflect the influence of freezing-thawing cycles on the permeability coefficient anisotropy of undisturbed loess and the permeability differences between undisturbed and remolded loess， Q₃ loess samples with obvious anisotropy were collected from Xi’an. Triaxial permeability tests were conducted to analyze the change law of permeability coefficient of horizontal and vertical undisturbed loess and remolded loess varying with initial water content， freezing-thawing cycles and cell pressure before and after freezing-thawing cycles. It can be obtained that before the freezing-thawing cycle， the vertical permeability coefficient of undisturbed loess is 2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1， while the horizontal permeability coefficient of undisturbed loess and the permeability coefficient of remolded loess is 0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1. After the freezing-thawing cycles， the relationship curves between the permeability coefficient and the initial water content of the horizontal and the vertical undisturbed loess and remolded loess present different characteristics of gradual rise， parabola form and gentle change. However， with the increase of freezing-thawing cycles， the permeability coefficients of the horizontal and the vertical undisturbed loess and remolded loess shows an increasing trend of order of magnitude. Moreover， the ratio of vertical to horizontal permeability coefficient （k_v /k_h ） of undisturbed loess decreases from 4.38 to 0.90 gradually， which can be seen that the freezing-thawing cycles can not only improve the permeability of loess significantly， but also strongly weaken the anisotropy of loess. By comparing the correlation between cell pressure， permeability coefficient and porosity， the results show that there is a negative linear relationship between the porosity and cell pressure of the undisturbed and remolded loess. It can be explained that the change of porosity is the main reason for the change of loess permeabilityby an exponential rule of permeability coefficient and the cell pressure， as well as the similar variation curves of the permeability coefficient and porosity.

Key words: undisturbed loess, remolded loess, freezing-thawing cycles, permeability coefficient, anisotropy, porosity

中图分类号:

TU445

赵茜, 苏立君, 刘华, 杨金熹. 冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究[J]. 冰川冻土, 2020, 42(3): 843-853.

Qian ZHAO, Lijun SU, Hua LIU, Jinxi YANG. Investigation on the influence of freezing-thawing cycle on the permeability coefficient anisotropy of loess[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2020, 42(3): 843-853.

图/表 13

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参考文献 32

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冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

Investigation on the influence of freezing-thawing cycle on the permeability coefficient anisotropy of loess

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