基于机器学习算法估算根系土体特性的时空响应（英文）

目的:在绿色岩土工程中,浅层土体特性通常受到当地气候和覆盖植被的影响。本文旨在探讨自然环境条件下不同植物和大气因素(与树的距离、空气湿度和距离地表的深度等)与土体基质吸力的关系,通过一种机器学习方法建立简化的统计模型,并对浅层根系土体中基质吸力的时空变化进行估算和预测。创新点:1.通过一种机器学习方法(即遗传编程算法)建立土体基质吸力和五个选定的影响因素之间的关系;2.根据建立的统计模型,有效地预测了根系土体内基质吸力的时空变化。方法:1.通过现场监测实验(图3和4),量化土体基质吸力和不同影响参数随时间的变化(图5和6);2.通过机器学习算法,构建土体基质吸力的时空变化与五个选定的影响参数之间的关系,得到一个简化的统计模型(公式(11));3.通过误差分析,验证该简化统计模型在估算和预测土体基质吸力时空变化时的可靠性;4.通过敏感性分析研究不同参数对土体基质吸力时空变化的影响(图9);5.通过案例研究,验证利用该方法对根系土体基质吸力时空变化进行预测的可行性(图11和12)。结论:1.遗传编程算法可以有效地建立土体基质吸力和不同影响参数之间的关系,并能给出相应的数学公式以对土体基质吸力的时空变化进行可靠的估算和预测;2.基于方差的全局敏感性分析方法发现干循环时间和初始基质吸力对土体基质吸力的时空变化有重要影响,而且其他的植物和大气相关参数对土体基质吸力的时空变化也有不可忽视的影响;3.案例研究结果表明,本文所提方法可用于预测土体基质吸力的时空变化。     

孔径分布函数对水分在非饱和土体中迁移的作用（英文）

目的:了解孔径分布函数对水分在非饱和土体中迁移的影响,并提出相关数学模型,量化非饱和土体在不同吸力作用下的渗透系数。创新点:从孔径分布函数出发探讨土体的工程性质,以日常生活中所用的阀门模型解释非饱和土体在不同吸力作用下的渗透系数。提出采用非饱和土渗透系数的实验数据,间接估算土体的孔径分布函数。方法:从物理模型推导相关数学公式,并用实验结果对数学公式进行验证。结论:孔径分布函数主导非饱和土的渗透系数;孔径分布函数是连接土体两大水力特性(包括水土特征曲线和渗流方程)的桥梁。孔径分布函数对水分在土体中迁移的作用可以用日常生活中使用的阀门模型简单描述。基于阀门模型,土体的孔径分布函数也可以由土体的非饱和渗透系数的相关实验数据间接估算得到。     

综合蒸发法和冷镜露点法测量水-土特征曲线和非饱和渗透系数（英文）

目的:综合使用HYPROP和WP4C两种仪器,探索采用蒸发法和冷镜露点法测量大吸力范围的水-土特征曲线,并采用收缩曲线对土体变形进行修正。方法:1.采用HYPROP仪器,在0～100 kPa吸力范围内测量土体的水-土特征曲线。2.当吸力大于600 kPa时,采用WP4C仪器,测量土体的水-土特征曲线。3.采用传统张力仪吸力板仪器,在0～500k Pa吸力范围内测量土体的水-土特征曲线。4.采用Satyanaga et al.(2017)公式,对实验数据进行拟合。5.采用HYPROP仪器直接测量土体的非饱和渗透系数。6.采用蒸发法,获取干缩曲线。结论:1.采用Satyanaga et al.(2017)公式,对实验数据进行拟合,拟合参数直接关联到进气值、拐点及方差。拟合结果显示,不同仪器所收集的水-土特征曲线的数据相互吻合,为水-土特征曲线的实验测量提供了更大的吸力范围。2.采用HYPROP仪器测量的非饱和渗透系数和采用传统改装的非饱和三轴实验数据基本吻合,因此,HYPROP可以作为在低吸力范围内(100 kPa)测量非饱和渗透系数的有效仪器。3.当进气值小于100 kPa或者大于500 kPa时,综合采用HYPROP和WP4C可以有效缩短实验周期。     

比奥固结有限元模拟中相关参数的敏感性分析

为了系统全面地研究比奥固结有限元数值模型中相关土体相关参数对模型计算所得地面沉降的影响程度,以江苏泰州某大厦基坑土层为例,建立了比奥固结三维耦合数学模型,运用参数敏感性分析中的单参数敏感性分析法,计算并分析了模型中涉及的土体参数对模型计算所得地面沉降影响程度。结果表明:土体的弹性模量、黏聚力和重度对地面沉降的影响最大,在模拟计算中应重点考虑,土体的内摩擦角影响相对较小,泊松比、水平渗透系数及垂向渗透系数影响最小。     

土体渗流问题模拟装置的研发及实验教学应用

渗流问题的复杂性和理论性使得传统的教学方法难以给学生直观和深入的认识。为解决教学中存在的问题,研发了一种可调节水头的渗流模型试验装置。该模型装置可以形象地展现渗流过程中土体中的流网;通过调节渗流水头差,可模拟流土、管涌等一系列工程破坏现象;通过改变孔隙比、渗径长度、土的颗粒级配等物理指标,还可以开展多种实验工况下的渗流试验,分析相关参数对试验结果的影响。利用该装置的实验教学可以加深学生对土体渗流问题的理解与掌握,也可为同种类型的土工"三性实验"作有益的参考。     

膨润土防水毯化学相容性对通过带缺陷复合衬垫中的渗流及污染物迁移影响的数值研究（英文）

目的：考虑膨润土防水毯（GCL）的化学相容性会影响带缺陷的复合衬垫中的渗流与污染物迁移。本文旨在探讨GCL的化学不相容性对复合衬垫的防污性能（衬垫底部的渗漏量以及污染物通量）产生的影响并分析导致这种影响产生的机理。创新点：1.采用逻辑斯蒂函数模型拟合GCL渗透系数与无机渗滤液中盐浓度之间的关系;2.在计算模型中引入GCL渗透系数与孔隙水浓度的耦合曲线,模拟了在考虑GCL化学不相容性条件下复合衬垫中的渗流与污染物迁移过程;3.采用计算过程中衬垫内各物理量的实时变化表征了GCL化学不相容性的影响机理。方法：1.通过数据收集、归纳与拟合得到GCL渗透系数在无机盐溶液中与溶液浓度之间的关系（图1和3,公式（5））;2.通过建立数值模型并引入GCL渗透系数与孔隙水浓度的耦合曲线,模拟在考虑GCL化学不相容性条件下复合衬垫中的渗流与污染物迁移过程,计算GCL化学不相容性对复合衬垫防污性能的影响大小（图5）;3.通过对污染物迁移过程中衬垫内的浓度、水头、流速以及通量分布的分析,得到GCL化学相容性影响衬垫性能的机理（图6～10）。结论：1.在评估带缺陷复合衬垫防污性能时,尤其是对于含高浓度无机阳离子...     

公路隧道涎流冰发育过程中的水源及渗流通道分析

对哈尔滨市典型公路隧道涎流冰病害案例进行总结,分析冰体发育过程中的水源及渗流通道.通过实地勘察与计算模型相结合的方法,针对水源的渗流情况以及隧道所受冻胀力作用影响展开研究.结果表明,地表水和地下水的渗流为涎流冰发育过程提供物质基础,结构表面和内部的裂缝为水源提供渗流通道.天然因素和人为因素在特殊情况下会改变渗流量的大小...     

止水帷幕作用下基坑渗流场特性分析

基坑开挖卸荷导致土体应力场和地下水渗流场发生改变.为了分析止水帷幕对地下水渗流的影响,选取典型的基坑计算模型,利用FLAC3D对止水帷幕作用下基坑开挖过程进行三维流固耦合计算.分析得出基坑开挖过程中孔隙水压力、渗流场的速度特征、地表沉降量、坑底隆起量等的变化规律.结果表明,加宽止水帷幕的宽度,加深插入深度可以有效地控制这些地下水的不利因素,降低基坑开挖对周围环境的影响.     

平行裂缝中立方定律修正及临界速度计算

为了研究缝洞型碳酸盐岩储集层中裂缝内的渗流特征,利用自制的缝洞型介质物理模拟实验装置,对张开度为50～300μm的平行裂缝模型开展了一系列单相流动实验研究。采用多参数拟合方法得到了粗糙平行裂缝渗透率经验公式,并联立达西定律与非线性渗流运动方程建立了由非线性渗流开始时的临界速度公式。研究表明:低渗流速度下平行裂缝模型中渗流服从达西定律,随着渗流速度不断增大,渗流曲线向压力梯度轴弯曲,呈现非线性渗流特征;由粗糙平行裂缝渗透率经验公式得到的渗透率计算值与实验值拟合较好,相对误差小于4.49%;临界速度随裂缝张开度增加而增大,即大张开度裂缝中不易发生非线性渗流。     

孔隙特征对土体内部流动特性的影响——孔隙尺度的数值研究（英文）

目的:研究土体内部的流动现象对岩土、农业及地质工程等领域具有重要意义。本文旨在探讨孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及各向异性对土体内部水压、流量分布、流动模式及关键流动路径的影响,为评估土质屏障中的优势流动行为提供依据。创新点:1.在孔隙尺度分析孔隙特征对土体宏观渗透率及内部流动规律的影响;2.评估多个孔隙特征参数(如孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及三种孔隙直径分布形式)对土体内部优势流动行为的影响。方法:1.将土体孔隙空间简化为由孔隙与吼道互相连接构成的球-杆模型,并通过改变孔隙和吼道的特征参数来描述复杂的孔隙结构;2.利用孔隙网络模型得到单元体内部水压和流量分布情况,为计算土体固有渗透率和评估其流动特性提供基础数据;3.基于击穿路径的概念,分析不同孔隙特征下土体内部流动的迂曲和非均匀程度;4.通过引入吼道收缩系数,调整水平或竖直吼道直径大小,评估孔隙各向异性对流动规律的影响。结论:1.土体的孔隙率和固有渗透率均随着孔隙直径平均值的增大、标准差的减小及配位数的增大而增大。2.孔隙直径的变异系数(COV)越高,土体内部水压和流量的分布越不均匀;配位数的提高会削弱水压的局部化分布但会提高流量的不均匀程度。3.随着COV的提高,击穿路径变得更加曲折;当COV由0增加到1.0时,击穿路径的迂曲度由1.00增加到大约1.71,击穿路径承担的流量占总流量的比值由2.0%提高到7.8%。4.水平与竖直吼道直径比值的提高,也会导致击穿路径迂曲度的提高;水平与竖直固有渗透率的比值和水平与竖直吼道直径的比值呈双对数线性相关。     

Numerical Analysis of Soil Plug Inside Suction Foundations During Suction Penetration by Discrete Element Method

The phenomenon of the soil plug usually rising inside the suction foundations during suction penetration was quantitatively described and predicted. The formation process of the soil plug was simulated and calculated by DEM （discrete element method） model. The seepage flow, the self-weight of soil, the friction on the chamber wall as well as the suction inside the chamber are considered as the main external forces in the process. The results are compared with a set of laboratory model tests performed by using three soil types （sand, silty clay and clay） in the Bohai Sea area. The heights of soil plug from numerical estimations are lower than those from model test results, mainly because the suction pressure and friction resistance are applied in an ideal way under the numerical simulation.     

Estimation of Heights of Soil Plug Inside Bucket Foundations During Suction Penetration by Deformable Discrete Element Modeling

Bucket foundations[1 ,2]are a relatively newtype offoundation usedto support offshore structures .Each bucketfoundation consists of a thin cylindrical steel shell ,cappedwithalid of steel or concrete .Thefoundationcan penetrateinto sea floor when pumping …     

Coupled Numerical Analysis of the Stability Behaviour of Unsaturated Soil Slopes Under Rainfall Conditions

Thebasicstressvariablesintheconstitutivemodelde velopedbyAlonsoetal[5] aresoilnetstressandsoilmatricsuctions ,whicharedefinedby　　　σ″ =σ -ua (1)　　　s=ua-uw (2 )whereσisthetotalstress,uwistheporewaterpressureanduaistheporeairpressure .　　Thenetmeanstresspanddeviatoricstressqarede finedas　　　p =σ1+2σ33-ua (3)　　　q =σ1-σ3(4 )　　Asgenerallyregarded ,thesoilsuctioniscomposedoftwoparts ,matricsuctionandosmosissuction .TheosmosissuctionisneglectedoriginallyinAlonsoetal′smodelandhe…     

土坝回填粘土渗透变形特性试验研究

土石坝的除险加固方案中常采用冲抓套井回填夯实粘土作为防渗体,即粘土心墙防渗体,该方法已在许多水库和相当长度的堤防工程建设中得到广泛的应用;然而其渗透稳定一直是工程设计和施工中的关键问题之一.本文结合某水库土石坝除险加固工程坝体渗透稳定问题,开展了坝体心墙粘土的物理特性、渗透特性、临界坡降的研究,为工程设计和施工提供了必要的分析成果和参考依据.     

志丹县泥浆泵筑坝土料的物理力学性质研究

以陕西省志丹县顺宁镇任坪村保娃沟门流域的前拐沟黄土作为研究对象,按照土工试验规程（SL237-1999）进行分类、击实、渗透等各项试验,对试验结果进行分析。分析结果表明,该流域黄土的Cu〉5,Cc∈（1,3）,小于0.005mm的土粒含量18.95%,土料的液限ωL平均为27.98%,塑限WP平均为17.10%,塑性指数Ip平均为10.89;土样最大干密度为1.70g/cm^3,最优含水率为14.99%;渗透系数为4.32×10^-5cm/s。该区土壤粒径分布不均匀且级配良好,渗透性较好,适合筑坝工程要求。     

龙河口水库东大坝坝基渗漏原因分析

阐述了龙河口水库东大坝坝基地层及渗透性和坝体物质组成及渗透性 ,并对坝基渗漏原因进行了分析、研究 ,提出了处理方法     

残积土表面蒸发强度影响因素的试验分析

为确定残积土表面蒸发强度影响因素的敏感程度及其模型,以2种花岗岩残积土为例,采用自制室内蒸发试验,分析了温度、风速、太阳辐射、空气湿度、压实度、含水率对蒸发强度的影响规律,并标定了E0—θ模型的参数．结果表明,土体在高温（40℃）条件下蒸发强度约为低温（5℃）条件下的10-20倍;受太阳辐射时蒸发强度约为相同温度下不受太阳辐射时的1．5～2倍;有风条件下土表蒸发强度约为无风状态下的2～4倍;空气湿度越低蒸发强度越高;随着土壤压实度的增加,土壤蒸发强度逐渐减小,但其影响较小;土体蒸发强度随含水率降低呈减小趋势,并可近似为直线关系．因此,在确定土袁蒸发强度时应重点考虑温度、风速、空气湿度、太阳辐射、含水率的影响;E0-θ蒸发模型适用于花岗岩残积土的蒸发强度模型,相关指数均在0．9以上．     

Influences affecting the soil-water characteristic curve

INTRODUCTION The soil-water characteristic curve (SWCC) gives the relationship between the amount of water in the soil (i.e. gravimetric or volumetric water content) and soil suction (i.e. matric suction at low suction and total suction at high suction). Many properties of a partially saturated soil such as the coefficient of permeability, shear strength and volume strain, pore size distribution, the amount of water contained in the pores at any suction, can be obtained from the SWCC. …     

深层搅拌及帷幕灌浆技术在某水库加固中的应用

某水库是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖、旅游等综合利用的小(2)型水库。水库运行多年,存在坝体填筑质量不满足规范要求,下游坝坡散浸,大坝坝体处理不满足规范要求,透水性较大,坝基渗漏等问题。根据工程重要性及现场试验结果,采用深层搅拌成墙及帷幕灌浆技术解决渗漏问题。     

基于遥感图像的土壤含水量信息提取研究

土壤含水量是监测农作物生长状况的关键参数,近年来国内外学者在利用高光谱遥感数据监测土壤含水量技术方面进行了大量的研究。文章在分析相关研究进展的基础上,以唐山地区为研究区域,重点选取乐亭县、滦南县为研究对象,将Landsat 8遥感数据所获取的植被指数和地表温度作为反演土壤含水量的两个基本参数,再结合实测的地表温度数据,利用BP神经网络建立模型,从而实现了对该研究区域内土壤含水量的提取。通过研究发现,利用该方法能够提取土壤含水量,提取结果准确性较高。