基于修正Kostiakov模型的土石混合物入渗性能测量方法

针对传统土壤入渗试验耗时较长的问题,采用一维垂直入渗试验,基于修正Kostiakov模型建立了土石混合物入渗过程测量方法,依据前11min任意两时刻入渗率实测值和饱和导水率实测值推算土石混合物完整入渗过程。土壤重度设定为1.2、1.3、1.4g/cm~3,分别设置10%、20%、30%、40%四种不同碎石含量和0.2～0.4、1～2cm两种碎石粒径,测量过程持续150min直到土石混合物达到稳定入渗。以入渗前11min的三组正交试验数据(2,5),(2,11),(5,11)min推算完整入渗过程的入渗率计算值与实测值,采用计算值与实测值的比例系数、相对误差δ和均方根误差RRMSE来验证该测量方法的准确性。结果表明,该测量方法入渗率计算值与实测值吻合结果较好,土壤重度1.2、1.3、1.4g/cm~3的土石混合物δ值分别介于1.14%～13.05%、4.37%～21.06%、1.53%～18.82%之间,RRMSE值分别介于4.15～10.72、2.74～9.66、2.17～6.31mm/h之间,说明该方法能较大程度地缩短土石混合物入渗测量时间,且具有较高精度。     

华北土石山区典型小流域土壤水文特征与模拟研究

土壤水文特征是研究区域水土资源合理配置的基础支撑要素,根据华北土石山区土壤的地貌分异规律,综合考虑地质、植被、土地利用等因素,采用野外调查取样法、环刀法等,研究了易县崇陵流域5种典型植被(油松、侧柏、银杏、刺槐、荆条)条件下的土壤物理性质、土壤水分特征曲线、土壤入渗过程等土壤水文特征。结果表明,同一植被条件下,土壤容重随土壤深度增加逐渐增大,同一深度条件下,荆条覆盖下的土壤容重最小,其他植被覆盖条件下的土壤容重差别不显著;同一植被条件下,随深度增加,饱和含水率逐渐减小,同一植被不同深度条件下的土壤水吸力随土壤含水率的增加逐渐减小;对土壤水分特征曲线进行拟合时,发现Gardner模型适用于油松和银杏,而张景略模型适用于侧柏、刺槐和荆条;土壤入渗过程的渗润阶段发生在土壤入渗开始的前10min内,渗漏阶段持续100~120min;侧柏最佳入渗模型为Kostiakov模型,而油松、银杏、刺槐及荆条最佳入渗模型为蒋定生模型。     

低压毛管渗灌器在沙质土壤中的入渗试验研究

以室内入渗试验为基础,研究了低压毛管渗灌器在沙质土壤中的入渗性能和土壤水分运移规律,采用数理统计方法分析了加压水头、内芯直径和渗灌器长度3个主要因素对土壤水分运移规律的影响。结果表明,单一因素下低压毛管渗灌器入渗率与时间呈幂函数关系,累积入渗量与时间呈对数函数关系;加压水头对渗灌器入渗率和累积入渗量的影响最大,内芯直径次之,渗灌器长度最低。     

城市小区绿地入渗试验研究

对裸地、草坪等城市绿地进行入渗试验,得到土壤含水率、土壤容重、土壤入渗率等入渗试验参数,分析了前期降雨对绿地土壤含水率的影响,获得了试验期间裸地、草坪不同土层土壤含水率与前期影响雨量的线性关系,以及不同容重条件下裸地土壤的入渗率变化规律。试验获得了不同绿地类型初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累计入渗量等特征参数,研究了裸地、草坪入渗率与入渗历时的相关关系,分析了影响绿地入渗能力的主要因素。结果表明,土壤下渗过程中形成土壤水的比重相对于形成土壤孔隙重力水的比重小,裸地、草坪的土壤入渗速率主要与土壤容重有关,即与土壤压实度、土壤孔隙等因素有关,与土壤含水率和前期影响雨量的关系不大。     

不同目标函数对土壤水力参数反演效果评价

土壤水力参数是表征土壤水力性质的重要参量,是准确预测土壤水分及溶质运移等过程的基础。基于GML非线性参数优化算法,构造了三个不同的目标函数,同时反演van Genuchten-Mualem模型中三个土壤水力参数(进气吸力倒数α、孔隙体积大小分布指数n和饱和导水率Ks),并分析了同一目标函数下不同降雨条件对反演结果的影响。结果表明,选取不同的目标函数对反演结果有显著影响,以累积入渗量作为目标函数能有效反演参数Ks,以压力水头和累积入渗量作为多目标函数则能同时有效反演α、n、Ks三个参数;此外,降雨条件对反演结果也有一定影响,相对于均匀降雨,在非均匀降雨条件下以压力水头作为目标函数对反演结果的精确度和准确度有较大的提升;以累积入渗量作为目标函数对反演结果的精确度略有提升但降低了反演结果的准确度。     

棕壤盐水入渗水分运移特征研究

采用水平土柱,以质量浓度5%的KCl溶液作为入渗液,并以耕层棕壤为供试材料,测定了不同入渗时间下的水分运移特征.结果表明,累积入渗量与时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,累积入渗量增大但增幅减小;累积入渗量与湿润峰运移距离呈线性关系,随湿润峰运移距离的增大,累积入渗量亦增大;湿润峰运移距离与入渗时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,湿润峰运移距离增大但增幅减小;盐溶液入渗情况下,棕壤的吸湿率约为162.38 cm/h;水分入渗率与时间呈幂函数关系,初始入渗时段入渗率下降速度快,随后入渗率随入渗时间的延长而缓慢下降.     

多相土石复合介质推剪破坏响应特征试验研究

为研究多相土石复合介质推剪破坏响应特征,分别建立土石比为4∶6、5∶5、7∶3的模型,并将模型在不同含水条件下进行推剪试验,得出不同模型在不同条件下抗剪强度指标变化规律及推剪过程中力与位移的响应特征。结果表明,浸水条件下各模型抗剪强度指标均较正常条件时有所降低,粘聚力降幅随土石含量的增大而增大,而内摩擦角约降低10%;浸水条件下各模型剪切破坏力均较正常条件下低,且模型的土石比越大,破坏时所需的剪切力越小,水平位移也越小,但破坏过程中力与位移稳定阶段响应特征更加显著。研究成果可为土石坝在特定土石配比材料下的渗漏破坏检测提供依据,还可为高速公路土石路基填料在相同压实度、不同水环境条件下的设计施工提供参考。     

尿素预处理对玉米秸秆厌氧发酵产沼气特性影响及动力学分析

针对玉米秸秆厌氧发酵产沼气过程中难降解问题,选用尿素对玉米秸秆进行预处理,并进行批次厌氧发酵产沼气试验研究。结果表明:经过45 d厌氧发酵,累积产气量最高为757.83 mL/g VS,最低为588.64 mL/g VS,厌氧发酵进行到25 d时达到45 d累积产气量的85%。分析联合预处理对累积沼气产气量影响得出,尿素质量浓度、预处理时间和玉米秸秆粒径3个因素对累积沼气产气量的影响程度是:玉米秸秆粒径>尿素质量浓度>预处理时间。通过2种动力学模型分析产气规律,对比模型的检验参数,得出Cone模型拟合预处理玉米秸秆厌氧发酵产气规律的适合度较高。     

降雨对碎石土边坡稳定性的影响分析

通过试验模拟天然降雨条件,研究了不同的降雨强度、降雨历时、累积降雨量对碎石土边坡不同部位水压力的影响,分析了降雨作用下碎石土边坡的变形破坏机理及降雨诱发滑坡的主要作用方式.试验结果表明,降雨强度、地下水位、降雨持续时间是影响坡体稳定的重要因素.     

干旱半干旱地区降雨下渗过程的若干问题探讨

通过对Horton、Philip下渗能力曲线的讨论以及王家沟流域不同地类下渗试验的应用比较分析,表明Horton下渗能力曲线比Philip下渗能力曲线具有更明确的物理意义。但由于它们都是把下渗的出现作为地表饱和的结果以及由于流域上下渗分布的不均匀性．因此不能把它们直接应用于流域的产流计算。总结分析了目前对降雨下渗过程的研究,认为加强对降雨下渗规律的认识,将降雨下渗与土壤水分运动的动态变化过程结合起来研究,可以为流域径流形成机理的认识和流域水文模型的建立奠定基础。     

粘土材料单轴压缩及强度特性试验研究

为探讨压实粘土材料在单轴加载条件下的强度及变形特性,考虑含水率、干密度、各向异性、碎石掺量等因素,对立方体压实粘土材料进行了单轴压缩试验,并分析了弹性模量、抗压强度的参数相关性。试验结果表明,随着含水率的减小或干密度的增加,压缩粘土材料弹性模量、抗压强度逐渐增加,其中,含水率是控制压实粘土材料脆韧性破坏特征的主要因素;当单轴加载方向与击实方向平行时,其抗压强度、弹性模量分别为加载方向与击实方向垂直时的1.7、1.1倍,说明压实粘土存在一定的各向异性;掺入碎石后使得压实粘土材料内部存在大量的软弱界面,随着碎石增多,其抗压强度逐渐减小;掺碎石前、后的粘土试样的弹性模量和抗压强度呈现一定的正相关性,可采用幂函数、线性函数进行拟合,但碎石的掺入降低了其相关性系数。     

新疆下坂地水库大坝上游围堰基础振冲加固处理

饱和软土具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数的工程特性,因此在软基上施工而临着孔压高、变形大、承载力低的难题。针对新疆下坂地工程上游围堰基础下伏地层中的软饱和层的特点,介绍了对基础淤泥质粘土层进行振冲处理的方法,以及振冲碎石桩的设计、施工和质量检测的过程。振冲碎石桩在下坂地围堰基础处理上的成功应用,打破了认为振冲碎石桩不适宜加固不排水抗剪强度小于20kPa的软弱粘土的一般看法,为振冲法在软基筑坝领域更为广泛的推广应用提供了成功的工程实例。     

三峡库区某滑坡前缘回填材料类型对其稳定性的影响

回填压脚是推移式土质滑坡常见的治理方法之一。针对回填材料类型对回填效果的影响,以三峡库区某涉水滑坡为例,通过分析现场勘查资料,运用数值模拟的方法,评价了回填压脚的治理效果,并提出了有效的回填建议。结果表明,该滑坡治理工程中采用后缘开挖的细颗粒碎石土进行回填,在库水位的升降影响下,回填区局部发生沉降、拉裂等变形,处于不稳定状态;采用粗颗粒碎石土回填,则未产生拉裂缝,稳定性有所提高,回填效果优于细颗粒碎石土。     

碎石桩加强软土地基的数值模拟研究

用碎石桩加强软弱土地基是水利工程中最常用的地基改良技术之一,但桩土界面处的显著水力梯度会促使粘土颗粒迁移到碎石桩孔隙中,导致阻塞,进而对软土的固结速率产生不利影响。同时,碎石桩的承载力大小主要取决于周围软土提供的侧向约束,而在深度较浅处所受围压较小,碎石桩可能发生侧向变形进而凸胀破坏。因此,基于快速拉格朗日有限微分数值模型,深入研究了碎石桩加固软土地基的荷载-沉降和固结特性,且分析了阻塞和侧向变形因素的影响。另外,模型还引入了时间变量,探讨了阻塞效应、荷载传递、横向变形随时间变化的特性,计算结果与实际情况有很好的一致性。     

珠江三角洲水资源配置工程自密实混凝土配合比优化设计试验研究

自密实混凝土工作性能对原材料的波动较为敏感,工程应用中往往需要对实验室给出的自密实混凝土配合比进行优化设计。通过试验研究了砂率、石子掺量、粉煤灰掺量对自密实混凝土工作性能的影响。试验结果表明,过大或过小的砂率都会对自密实混凝土的工作性能产生不利影响;当石子粒径较小时,可考虑增大石子用量;在变换粉煤灰掺量时,应根据原材料情况调整水的用量及减水剂的掺用量。在保持满足工作性能要求的基础上,通过调整石子和粉煤灰掺量对自密实混凝土的配合比进行优化设计,为自密实混凝土配合比优化设计提供参考和建议。     

混凝土面板砂砾石坝E型水平排水体渗流特性

针对现代混凝土面板砂砾石坝普遍采用的竖向跟横向坝体全布置的L型排水体具有施工要求较高、造价高等不足,提出了一种E型水平排水体结构,结合纳子峡混凝土面板砂砾石坝,建立坝址区渗流三维有限元模型,研究坝体渗流特性,探讨了排水体排渗效果,比较分析数值仿真结果与监测资料。结果表明,在排渗能力相当的情况下,E型水平排水体较全布置水平排水体节省约25%的工程量,值得推广。