土壤水分特征曲线试验研究

土壤水分特征曲线是表征土壤中水的含量与势能之间的关系,是研究包气带土壤水分的保持和运移所用到的基本特性曲线。现通过试验,分析了不同条件下不同剖面层次的土壤水分特征曲线的差异,验证了基于不完全分形理论的土壤水分特征曲线模型,并对模型中的参数进行求解。     

同质异性土壤水分特征曲线的特性试验研究

采用压力膜法,对5种同一质地、不同特性中壤土作水分特征曲线,经分析得出:同一质地装填土的干容重影响土壤水分特征曲线,表现为同一土壤吸力下干容重大的土壤含水率低;农田原状土存在着空间结构上的差异;经不同处理的土壤,土壤水分特征曲线有一定的差异.     

渭河滩地土壤水分特征曲线变化规律

在系统分析水势与土壤水势的概念、影响土壤水势的因素以及土壤水分特征曲线的基础上,分析了渭河滩地0～80 cm土层内不同深度土壤的水分特征曲线变化规律。结果表明:渭河滩地0～40 cm为沙壤土,持水性较好;40～60cm为黏性土壤,持水性较强;60 cm以下为沙子,持水性较左。     

土壤水分特征曲线Gardner模型参数预报研究

为实现基于土壤基本理化参数的土壤水分特征曲线预测,以黄土高原地区农田土壤为研究对象,进行土壤水分特征曲线的系列试验,并配套测定了土壤基本理化参数,获取了Gardner模型参数与土壤基本理化参数间一一对应关系的数据样本。在分析研究各土壤理化参数与Gardner模型参数间单因素关系的基础上,创建了以土壤黏粒含量、粉粒含量、干密度、有机质含量为输入变量的水分特征曲线Gardner模型参数多元非线性预报模型。结果表明:以土壤黏粒含量、粉粒含量、干密度、有机质含量为输入因子,对Gardner模型参数进行预测是可行的,建模样本的拟合相对误差平均值小于11%,用检验样本进行预测的相对误差平均值小于10%,预测精度较高。     

由土壤水分特征曲线反推土壤孔隙分形维数

利用分形几何理论,可在水分特征曲线与土壤结构分维之间建立一定的函数关系式。利用这些函数关系式与Campbell经验公式具有相同或相似的幂定律形式的特点,由土壤水分特征曲线反推土壤孔隙分形维数,这不仅可以揭示Campbell经验公式与土壤孔隙结构之间的内在联系,还可为建立土壤非饱和水力参数的分形模型提供理论依据。     

估计土壤水分特征曲线的间接方法研究进展

土壤水分特征曲线是模拟水分和化学物质在非饱和土壤中运移的关键参数。对于一个较大范围的实际问题，由于其在空间和时间上的强烈变异性，采用直接实验大量测定通常是不可行的。作为一种替代方法，根据土壤基本性质如粒径分布、容重、有机质含量等间接估计水分特征曲线的方法在实践中证明效果是比较理想的。按照其理论基础，这些间接方法可以分为土壤转换函数、物理 _经验方法、分形方法等。本文对该领域近二十多年来的研究进展进行了综述，并对间接方法的发展前景作了展望。     

土壤水分特征曲线VG模型参数求解对比研究

采用高速离心机对黏壤土试样进行了水吸力和对应含水量的测量,并分别运用RETC软件和Matlab软件对土壤水分特征曲线VG模型进行了拟合计算,然后将拟合曲线与实测数据进行了对比分析.结果表明:①Matlab和RETC软件都可用于土壤水分特征曲线VG模型的参数求解;②RETC软件较Matlab软件拟合的误差小,拟合效果优于Matlab软件;③Matlab软件对用户的编程能力有一定的要求,具有一定的局限性.     

估计不同质地土壤水分特征曲线的分形方法

利用UNSODA V2.0数据库中的分析资料，根据Tyler和Wheatcraft提出的估计土壤水分特征曲线的分形方法，计算出了526个土样共10种不同质地土壤各自的平均分形维数，且分别与它们中的粉粒加粘粒含量以及Van Genuchten模型中的参数n值进行了回归，并把计算与实测的土壤水分特征曲线做了对比。结果表明，土壤的质地越细，分形维数越大；随着参数n值的增大，分形维数减小。对粗质的土壤来说，用Tyler和Wheatcraft方法估计的土壤水分特征曲线效果较好，而对细质地的土壤精度较差。     

高海拔季节冻土区完全融化期土壤水分特征曲线适用性

以怒江源区那曲流域为例,基于4个试验场完全融化期（6—9月）的土壤体积含水量（0.15~0.51 cm3/cm3）和土壤基质势数据（0~200 kPa）实测数据,选择Van Genuchten（VG）、Brooks-Corey（BC）和Campbell 3个模型进行拟合,以均方根误差>ERMS和决定系数R2 为评价指标,分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明：从整体上看,VG模型（平均R2 为0.992,平均ERMS为0.006cm3/cm3）的拟合效果优于BC模型（平均-R2 为0.972,平均ERMS为0.019cm3/cm3）和Campbell模型（平均R2为0.984,平均ERMS为0.014cm3/cm3）;但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别,VG模型更适用于壤土和壤质砂土（平均R2为0.987,平均ERMS为0.008 cm3/cm3）以及土壤深层（10~35 cm土层,平均R2为0.990,平均ERMS为0.007cm3/cm3）,Campbell模型更适用于砂质壤土（平均R2为0.985,平均ERMS为0.009 cm3/cm3）以及土壤表层（5 cm土层,平均R2为0.993,平均ERMS为0.006cm3/cm3）,BC模型在不同条件下都不是最优模型;参数θr 取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。     

压力膜仪法在测定土壤水分特征曲线中的应用

对压力膜仪法的工作原理、试验装置及操作方法进行了介绍.利用压力膜仪测定了某区沙土、原位沙、粉沙及黏土4种土壤的水分特征曲线,结果表明:压力膜仪能够同时测定多种土样,但测定周期长、步骤繁琐,存在容重变化问题.     

描述黏粒含量对土-水特征曲线影响规律的分形模型

土体黏粒含量越高则吸附能力越强，从而影响土体的持水特性，因此，黏粒含量与土-水特征曲线之间理论上存在特定关系。基于分形理论，建立了质量分维数与黏粒含量的关系式，利用已有试验数据验证了该式的合理性，并从理论上解释了质量分维数随黏粒含量增大的基本规律。在此基础之上，结合Bird等人的研究成果，建立了分形模型描述土体黏粒含量对土-水特征曲线影响规律，该模型预测的土-水特征曲线与已有不同土类样本的试验数据吻合较好，从而证明了该模型的有效性。最后，利用该模型同时预测了不同黏粒含量典型土体的土-水特征曲线，形象的阐明了黏粒含量对土-水特征曲线影响的基本规律。     

考虑体积变化修正的红黏土土水特征曲线试验研究

红黏土是一种具有高度水敏性的典型特殊土,而土水特征曲线(SWCC)是研究红黏土工程性质的重要依据。红黏土在含水率变化时会发生明显的胀缩效应,现有SWCC测试往往缺乏对此效应的考虑,导致所测得的结果具有一定的误差。本文通过压力板仪法和滤纸法,量测了湖南某地区红黏土在不同含水率下所对应的基质吸力,并根据收缩试验掌握了红黏土在不同含水率下的体积变化特征并获取了相应的收缩系数,推导了体积变化修正公式,对SWCC进行了体积变化修正,最后利用V-G模型对修正后的SWCC进行了拟合,探讨了模型参数与初始孔隙比(压实度)的关系,建立了红黏土改进V-G模型。结果表明:红黏土在含水率改变时的体积变化对其SWCC影响很大,同一基质吸力状态下,体积变化修正后红黏土试样的体积含水率和饱和度明显高于修正前的值,且基质吸力越高该差别越明显。对于体变修正后SWCC的V-G模型,模型参数受初始孔隙比的影响较大,其中表征进气值的参数a和孔隙大小分布的参数n与初始孔隙比呈幂函数关系,而表征残余含水率的参数m与初始孔隙比接近线性关系。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色,它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用.利用GCTS土水特征曲线仪,测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线,引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析,结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比(预先固结和固结所致)和基质吸力范围内可归结为一条曲线.基于此认识,对van Genuchten模型进行改进,提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型,并验证了该模型的正确性,为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路.     

非饱和泥岩土水特征曲线试验及数学模型研究

非饱和土对水分存在吸力,严重影响土体的工程特性。以一高速铁路地基泥岩为研究对象,应用滤纸法研究含水率及压实作用对其吸力的影响。研究结果表明:随着含水率的增加,基质吸力及总吸力呈非线性减小,减小过程分为骤减阶段、速率减小阶段和吸力稳定阶段;在低含水率情况下,土体中水分以气态形式进行迁移,此时接触滤纸量测的吸力为总吸力;接触滤纸的平衡含水率随着土体含水率的增加呈线性增加;干密度对低饱和度下土样的总吸力影响较大,同一饱和度下土样干密度越大,则基质吸力越大;在单对数坐标中,土水特征曲线近似呈"S"形,选用典型的SWCC模型对试验数据进行了拟合,拟合效果良好。试验结果可用于该类土体相关工程特性的预测及建模。     

土壤水分特征曲线模型对数值模拟非饱和渗流的影响

土壤水分特征曲线直接影响非饱和渗流场压力水头和含水率的预测结果。Brooks-Corey模型和van Genuchten模型是目前运用最广泛的土壤水分特征曲线模型。本文给定三种不同质地土壤(粘土、砂土和砾石)的BC模型参数,根据Morel提出的BC模型与VG模型等价的参数关系计算出VG模型参数。采用上述两模型分别对这三种土壤进行了均质土柱的入渗过程模拟。两种模型的计算结果有一定差别。三种土壤土柱的VG模型湿润锋推进速度都比BC模型大。由于粘土的初始含水率接近饱和,BC模型和VG模型的渗流场差距最大。粘土土柱上表面压力水头的变化幅度BC模型小于VG模型,而含水率的变化幅度BC模型大于VG模型。砂土和砾石土柱上表面压力水头和含水率的变化幅度都为BC模型大于VG模型。砂土土柱BC模型和VG模型的渗流场差距随入渗时间的持续而加剧。     

土壤持水特征测定中的容重变化及其确定方法

利用离心机法测定了黄土高原6种典型质地土壤的吸力、容重和重量含水量三者的关系，分析了土壤持水特征测定中的容重变化特征；借用土壤水分特征曲线幂函数模型和土壤收缩特征线性模型获得容重与吸力间幂函数关系，并利用试验资料进行检验；提出了确定土壤持水特征测定中容重变化的三点法，该方法所获得土壤水分特征曲线与实测结果极为吻合，精度较高。     

粉土土水特征曲线影响因素试验及模型验证

土水特征曲线(SWCC)的影响因素有很多,为了探究其主要影响因素,采用压力板仪测定了初始干密度为1.78 g/cm~3的土样A和初始干密度为1.65 g/cm~3、经固结试验后干密度为1.78 g/cm~3的土样B它们的初始脱湿线,发现二者基本重合。这说明在其他条件相同的情况下,是干密度而非固结压力决定了SWCC形态。测定了土样B的主吸湿线和主脱湿线,并采用毛细滞回简化模型计算了土样的主脱湿线,计算所得主脱湿线和试验得到的主脱湿线基本重合,验证了该模型的有效性。     

蓄水容量曲线设定分布式霍顿模型土壤含水量初值

分布式水文模型对土壤含水量的空间描述能力对土壤墒情模拟、分布式输出等具有重要的意义。但分布式水文模型的土壤含水量空间分布计算,需耗费大量的计算资源。为了提高分布式模型的计算效率,从定性的理论分析和定量的数据比对2个方面,证明蓄水容量曲线和分布式模型中逐单元土壤含水量序列的相关关系,并建立了二者之间的转换公式,据此可以将面平均的土壤含水量转换为空间分布的土壤含水量。用离散蓄水容量曲线法设置分布式模型的土壤含水量初值,并与传统模型预热法进行比较,结果表明两种方法得到的土壤含水量空间分布总体趋势完全一致,次洪模拟效果相同,并且节省了大量的计算资源,极大地提高了分布式模型的计算效率。