利用瞬态剖面法测定非饱和黄土的渗透性曲线

利用瞬态剖面法测定重塑黄土试样的非饱和渗透系数。试样取自陕西泾阳县泾河南岸黄土塬上部的马兰黄土。用0.5 mm的筛将风干碾碎的黄土样筛入一高2 m的圆形玻璃桶内,上部补给一定量的水,随后按一定时间间隔量测土柱内不同深度的含水率,再根据土的基本物理指标换算为体积含水率。同时配制与模型桶相同密度的土样,用张力计法测定其土-水特征曲线,即不同体积含水率土样的基质吸力。根据土-水特征曲线和模型桶内体积含水率剖面计算得到不同时刻土样的水头剖面,由此可进一步计算出水分在垂直方向的渗流速度和水力梯度,并得出不同体积含水率土样的渗透系数。通过回归分析,获得渗透系数与体积含水率、渗透系数与基质吸力的函数关系,该函数可用于黄土的非饱和渗流分析。     

非饱和土的土-水特征曲线的试验研究及应用

利用改进的非饱和土三轴仪,对非饱和土在不同围压条件下的基质吸力与含水量关系的试验研究。并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线与围压-基质吸力关系曲线。分析曲线规律,拟合基质吸力与体积含水量之间的函数,并通过土水特征曲线计算非饱和土的渗透系数及预测非饱和土的抗剪强度。     

黄河大堤饱和-非饱和土渗透特性研究

利用非饱和土三轴仪、特制的渗透试验压力室及其相应的量测控制装置,研究了黄河大堤非饱和土的渗透特性,得到了基质吸力、体积含水量和围压同渗透系数之间的关系曲线.结果表明:黄河大堤非饱和土的渗透系数不是常数,它随基质吸力的增大而减小,随围压的增大而增大,随含水量的增大而增大.     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

黄河大堤非饱和土土水特征曲线研究

利用改进的非饱和土三轴仪，对黄河大堤重塑非饱和土进行了试验研究，分析了其渗透特性，并选用Van Genuchten模型拟合了试样的土水特征曲线，对不同围压下的土水特征曲线进行了比较。结果表明：①随非饱和土含水量的增大，基质吸力减小，非饱和土的工程性质向弱性变化；②在高含水量下，基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低含水量(天然含水量)下，基质吸力随含水量的增大而迅速减小；③对某一类土而言，在低吸力下土的基质吸力主要随含水量而变化，在高吸力下其大小除取决于含水量外还受黏粒含量、矿物成分等因素的影响；④相同体积含水量的土壤的基质吸力随着围压的增大而减小，相同基质吸力的土壤的含水量随围压的增大而增大。同时指出，对于黏性较强、有机质含量较高的黄河大堤非饱和土的土水特征曲线，还需要进一步研究。     

非饱和土渗透系数直接试验法和间接计算法

利用改进的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土进行了土-水特性试验,根据土-水特征曲线计算得到渗透系数.利用非饱和土三轴渗透装置进行渗透特性试验得到渗透系数-基质吸力关系,并对由间接计算和直接试验得到的渗透系数进行相对误差分析,结果表明:围压为100～400 kPa、体积含水量为0.07～0.23时,两种方法所得渗透系数非常接近,误差不大于10%.直接试验法所得渗透系数可靠,但试验难度大,耗时长,代价高;间接计算法所得渗透系数存在误差,但试验较为简单,耗时较少.     

临江Ⅱ号崩滑体土水特征曲线试验研究

三峡水库蓄水后导致许多滑坡失稳,使人们认识到研究非饱和土性质的重要性。为研究巴东黄土坡滑坡土的非饱和性质,选取临江Ⅱ号崩滑堆积体的滑带土及滑体土作为试验对象,按其天然状态配置成重塑样,分别进行了土水特征试验及变水头渗透试验,得到了滑体土和滑带土在不同基质吸力条件下所对应的体积含水率和渗透系数;并对其土水特征试验曲线进行拟合, Fredlund-Xing方程拟合效果优于Gardner方程和指数衰减方程。同时发现土水特征试验在施加第一级基质吸力时很重要,这将影响试验曲线的形状。研究成果将对水库蓄水作用下的库岸滑坡稳定性评价有指导意义。     

非饱和土体颜色与饱和度及基质吸力相互关系的试验研究

由于试验技术手段的限制,目前针对非饱和土基质吸力的量测方法耗时费力,因此快速测量基质吸力成为目前非饱和土研究的重要研究课题之一。本文主要以数字图像处理技术分析不同含水量的土体颜色,以土体饱和度为媒介寻找砂土及粉土的土体颜色与基质吸力的关系变化规律,利用土体的色彩值相关指标来预测非饱和土吸力大小,从而实现基质吸力的快速测量。     

增湿情况重塑黄土非饱和渗透系数的测定方法研究

对浸润锋前进法、Boltzmann变换法和瞬态剖面法3种直接方法在确定增湿情况下重塑黄土非饱和渗透系数的适宜性进行了研究,并对其进行了改进。首先应用重塑黄土进行了一维水平入渗试验,对前2种方法进行了改进,检验了改进后的效果,比较了这2种改进方法、瞬态剖面法和间接法所得非饱和渗透系数的差异,然后应用Hydrus软件对一维入渗试验进行了数值模拟,获得了采用不同方法所得非饱和渗透参数时预测浸润锋迁移距离和时间关系的准确性,分析了前2种方法所采用假定的合理性并对瞬态剖面法测点布置进行了改进和效果检验。室内试验结果表明浸润锋前进法采用改进的水力梯度计算公式后,不同吸力下渗透系数波动的现象减少;Boltzmann变换法采用新的变量λ*后,各测点λ*-θ关系的统一性增加;由于测点间距较大,瞬态剖面法偏离其他方法所得渗透系数很大。数值模拟结果表明采用2种改进方法所得的非饱和渗透参数均能较好地预测浸润锋迁移距离和时间的关系;浸润锋前进法采用的水分剖面平行移动假定以及Boltzmann变换方法采用的Boltzmann变量与体积含水率关系唯一假定,均需要在入渗一定距离后才能得到基本满足;采用改进后的测点布置位置和间距后,瞬态剖面法所得不同吸力下的非饱和渗透系数与前2种改进方法所得的差距减少,但仍不如前2种改进方法更接近于输入值。     

滨海盐渍土土-水特征曲线试验研究

针对黄骅港滨海非饱和盐渍土,采用滤纸法对不同含盐量、不同含水率土样的吸力进行试验研究,分析其土-水特性及含盐量与各吸力之间的关系,以及吸力的影响因素及变化规律,并拟合建立基质吸力与体积含水率,渗透吸力与含盐量、体积含水率的数学模型。结果表明:含盐量的改变对总吸力和渗透吸力影响较大;基质吸力与体积含水率呈指数关系;拟合得到的渗透吸力与含盐量、体积含水率模型具有较高的拟合优度。研究成果可为分析非饱和盐渍土工程特性提供参考。     

核磁共振技术在非饱和渗透特性研究中的应用

瞬时截面法因能快速地测定岩土材料的非饱和渗透系数,而在非饱和土的渗透特性研究中得到了广泛应用,该方法需要在渗流过程中及时测定非饱和土的含水率(吸力),但目前测量方法存在含水率(吸力)探头尺寸较大、探头与试样贴合不紧密以及测量时间较长等问题。针对上述问题,将核磁共振技术应用于非饱和土渗透特性的试验研究,对白色硅酸盐水泥试样实现快速、无损的探测,获得了试样不同截面处的含水率随时间的变化情况,并用瞬时截面法计算得到白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数。结果表明:白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数随吸力的变化很大,在4.61×10^-12～7.59×10^-8 m/s之间;当吸力>1 MPa时,渗透系数随吸力的降低而缓慢提升;而当吸力降至1 MPa以下时,渗透系数呈现明显的陡升,量值提高多个数量级。与传统的水分测试技术相比,核磁共振技术在非饱和土渗透试验应用中有更大的适应性。     

一种可测定变温下饱和-非饱和土水力学参数的实验装置

为了研究温度对饱和-非饱和土水力参数的影响,根据达西定律,研制了一种变温下饱和-非饱和土水力参数测定装置,该装置包括实验筒、供水与回水系统和数据采集系统。该装置可以获得不同温度下饱和渗透系数、给水度和土壤水分特征曲线、非饱和渗透系数、比容水量和扩散率等参数,进一步可以获得这些参数与温度的数学表达式;该实验装置所用试样大,减少了小试样测试结果的随机性,且测定参数多、自动化程度高,具有推广应用价值。     

基于非饱和土理论的引水渠道防渗设计

针对基于非饱和理论的引水渠道的防渗设计问题, 介绍了基于有限元法的分包和和土水模拟软件 SEEP/ W, 并用 SEEP/ W 对现场中典型的黄土区段的引水渠道进行了模拟。通过对比实测数据与室内试验数据, 对模型中风 积黄土的渗透系数函数及土水特征曲线进行了校正, 结果表明, SEEP/ W 可以很好的模拟引水渠道中所涉及的非 饱和土暂态流问题。在校正后的模型基础上, 针对引水渠道的渗漏问题, 提出了两种防渗方案: ( 1) 防渗层加灰土垫 层( 2 m 厚) ; ( 2) 防渗层加灰土垫层加渠底原土翻夯(3 m 厚) 。采用实验室所提供的防渗材料的参数, 耦合了应力 场及位移场对引水渠道进行了全面多工况的分析, 验证了两种防渗措施均能够有效减少引水渠道的渗漏, 而原土翻 夯对渠道的整体均匀受力有利。     

黄土中Green-Ampt入渗模型的改进与验证

本文根据黄土积水入渗的土壤水分剖面变化特征，仅将饱和层与传导层统一视为饱和区，而将非饱和湿润层的含水量变化视为施加于饱和区的吸力势，从而在具有“活塞模型”之称的GreenAmpt入渗模型基础上，推导得出了适用于黄土区的积水入渗模型。该模型不仅可计算累积入渗量及湿润锋深度，而且还可估算出土壤水分剖面分布状况。经甘肃秦王川地区实测资料的检验，表明模型具有较好的吻合性。     

增湿重塑非饱和黄土时水-热运移规律研究

为研究非饱和黄土中水蒸气的吸附与运移规律,采用水蒸气对非饱和黄土进行增湿,分析蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下非饱和黄土中水-热运移规律。研究结果表明:在非饱和黄土中,水蒸气和温度的扩散范围近似于一个椭球体。水蒸气在土体中运移时,蒸汽压力沿径向逐渐消散,蒸汽运移速率减缓,土体含水率和温度也逐步降低;当蒸汽气压为0.1 MPa,温度为145 ℃,通气6.5 h后,水蒸气最大增湿半径为80 cm,横向、纵向有效增湿半径分别为60和70 cm;在以通气点为圆心,横向40 cm,纵向50 cm的椭球体内,含水率在12%~17%间变化,接近土体的最优含水率17.08%,增湿效果较好;延长通气时间,增湿范围和增湿程度均将增大;水蒸气增湿时,液态水和气态水迁移共存,但在有效增湿范围内以气态水迁移为主。受到土颗粒的阻碍,沿径向水分运移速率逐渐减小,但温度传导系数在两阶段内接近一个定值。水蒸气增湿法作为土体增湿的新技术与新方法,具有诸多优点,在对土体增湿的工程实践和试验中有着广泛的应用前景。     

基于孔隙水分布的非饱和土SWCC及相对渗透系数预测模型

相对渗透系数与土水特征曲线(SWCC)是研究非饱和流的重要参数,利用毛细管系统研究渗流已经成为研究相对渗透系数的重要方法之一。在用毛细管系统代替土孔隙的假设上,基于杨-拉普拉斯方程和分形理论,对传统的毛细管系统含水量模型作出改进,考虑非饱和孔隙的含水量,提出一个预测非饱和土相对渗透系数的模型。利用4组试验数据对提出的相对渗透系数预测模型进行验证,用均方根偏差(RMSD)评测试验数据与预测数据之间的误差,结果表明4组数据的RMSD均＜0.025,说明该模型具有预测非饱和土相对渗透系数的实际意义。     

STOCHASTIC ANALYSIS OF UNSATURATED FLOW WITH THE NORMAL DISTRIBUTION OF SOIL HYDRAULIC CONDUCTIVITY

Stochastic approaches are useful to quantitatively describe transport behavior over large temporal and spatial scales while accounting for the influence of small-scale variabilities. Numerous solutions have been developed for unsatu-rated soil water flow based on the lognormal distribution of soil hydraulic conductivity. To our knowledge, no available stochastic solutions for unsaturated flow have been derived on the basis of the normal distribution of hydraulic conductivity. In this paper, stochastic solutions were developed for unsaturated flow by assuming the normal distribution of saturated hydraulic conductivity ( K,). Under the assumption that soil hydraulic properties are second-order stationary, analytical expressions for capillary tension head variance (σh2) and effective hydraulic conductivity (Kii*) in stratified soils were derived using the perturbation method. The dependence of σh2 and K," on soil variability and mean flow variables (the mean capillary tension head and its temporal and sp     

黄河防洪堤非饱和粉质粘土土壤水分运动参数试验研究

通过利用改进的非饱和土三轴仪对黄河大堤重塑非饱和粉质粘土的试验,采用vanGenuchten模型和指数函数对其土水特征曲线进行模拟,导出适合黄河大堤的非饱和土土水特征曲线方程,并根据此方程推求出比水容量、导水率、扩散率等运动参数的表达式,为黄河大堤的渗透特性研究提供了一定的理论依据。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限,一般很少超过4m,由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位;而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现,这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见,塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水,在甘肃正宁县建立了一个监测站,通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计,对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测,同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层,土壤水分具有周年的背景变化趋势,该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时,水分仅在表层循环,对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时,才会引起土壤含水率骤增,降雨量越大,土壤含水率增幅越大,影响深度越大,随着深度增加,增幅减小,时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m,2m以下的非饱和黄土中,水分以非饱和渗流或水汽形式迁移,水汽迁移量很小,但不可忽视,当遇到透水性差的古土壤层时,会在其顶部富集,长期作用则可能形成软弱带,诱发黄土滑坡。