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。     

生物炭对土壤水分特征曲线影响的试验研究

为了探究生物炭对土壤水分特征曲线的影响,采用室内试验的方法,测定不同生物炭含量的土壤水分参数,根据Van-Genuchten模型和Gardner模型对比研究不同生物炭含量的土壤水分特征曲线。研究发现:施加生物炭的土壤在不同的水吸力值下表现出不同的含水量变化规律,当吸力值较小时(600cm),土壤的含水率在炭土比为2%处取得最大值,最多比无炭处理的含水率增大3.7%;当吸力值较大时(600cm),土壤的含水率在炭土比为6%处取得最大值,最多比对照处理的含水率增大11.3%;但在整体上土壤的体积含水率都有所提高,说明施加生物炭后,在不同的水吸力下土壤的持水保水能力不同。试验结果表明:生物炭能在一定程度上改善供试土壤的持水能力。     

南阳膨胀土冻融循环后的土水特征试验研究

南水北调中线工程的膨胀土渠道容易遭受季节性冻融的影响。为探究冻融作用对膨胀土土水特征的影响规律,以南阳膨胀土为试验对象,采用滤纸法测定经历不同冻融次数的膨胀土土样的总吸力和基质吸力,绘制其试验散点图,并分别采用VG模型和幂函数模型对基质吸力及总吸力与土体含水率的关系进行拟合。结果表明:随着冻融循环次数的增加,基质吸力和总吸力土水曲线整体向左下方偏移,进气值逐渐减小,持水性能降低;渗透吸力在含水率增大时逐渐减小,但不同冻融次数的渗透吸力数值并无显著差别;采用VG模型和幂函数模型分别拟合本试验中的基质吸力土水曲线和总吸力土水曲线,相关系数高,形式简单,模型参数在冻融循环中逐渐趋于稳定值。研究成果可供处在季节性冻土区的膨胀土工程建设及维护提供参考。     

土壤水分特征曲线测定过程中土壤收缩特性研究

为探求不同土壤水分特征曲线拟合模型的适宜性以及离心机法测定过程中的土壤收缩特性,选取云南黏壤土(KM)、辽宁砂壤土(SY)、新疆砂壤土(KL)和山东壤土(LY),分别对土壤水分特征曲线进行测定并拟合,而后对测定过程中土壤的收缩度及其收缩特性进行分析。结果表明,对于KM、SY、KL和LY:(1)当吸力从0增至7 000 cm时,土壤含水率逐渐减小,且减小速率呈现"降低-增加-降低"趋势;(2)各土壤水分特征曲线经验模型均表现出良好的模拟效果,适宜模型分别为VG-M(m,n)、LND-M、VG-M(1-1/n,n)和VG-B(m,n),其中VG模型可作为最优模型同时对4种土壤进行土壤水分特征曲线拟合;(3)在土壤水分特征曲线测定过程中,土壤有效收缩度与吸力满足对数函数关系(R2=0.82~0.97),4种土壤收缩量表现为SYKMLYKL,且容重增加了0.19~0.46 g/cm3;(4)基于土壤收缩特征值可将土壤收缩过程大致分为伪饱和段、结构段和超正常段,且对于4种土壤,3个收缩段均可以用直线模型描述,但各收缩段的吸力范围存在差异。     

基于质地的土壤水分特征曲线参数非线性预测

基于黄土高原区不同质地土壤的室内土壤水分特征曲线系列试验,讨论了Van Genuchten经验模型对土壤水分特征曲线的适用性,重点分析了基于土壤质地的Van Genuchten模型经验参数的非线性预测。研究结果表明:Van Genu-chten经验模型对不同质地的土壤均具有很好的适用性,拟合模型的复相关系数R2都大于0.99,说明Van Genuchten经验模型对不同质地的土壤都具有较好的拟合效果;土壤中黏粒含量越大,其持水能力越强,土壤水分特征曲线越陡直,尤其在吸力值小于1 000 cm的低吸力段,这种现象更为明显,而土壤中沙粒含量则与黏粒含量表现出相反的性质;利用RETC软件,对Van Genuchten模型经验参数n、α进行基于土壤质地的非线性预测,建立非线性预测模型,模型复相关系数R2均大于0.96,且参数预测值的相对误差在10%左右,所建立的非线性预测模型可信度较高,预测较为准确。     

基于不同优化算法的土壤水分特征曲线模型模拟性能分析

土壤水分特征曲线反映了包气带土壤孔隙中水分质量与能量之间的基本关系,同时也间接反映出土壤内部的孔隙情况。土壤水分特征曲线模型对实测土壤持水数据的拟合效果不仅取决于所选用的模型,还依赖于对拟合算法的选取。基于UNSODA 2.0数据库中世界各地实测土壤持水数据,采用多种高效拟合算法(遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、差分演化算法)对4种应用广泛的土壤水分特征曲线模型(Brooks-Corey模型、van Genuchten模型、Kosugi模型、Biexponential模型)进行研究,旨在获取最适宜拟合土壤水分特征曲线的模型与拟合算法。结果表明:van Geunchten模型对较细和较粗质地土壤的实测持水数据拟合效果较好; Biexponential模型在中等质地土壤类型下的拟合效果较好;而Brooks-Corey模型拟合效果整体较差;粒子群算法与差分演化算法对土壤水分特征曲线的拟合效果最佳;模拟退火算法在运算效率上高于其他算法,当需处理的数据量较大时使用该算法可显著缩短运算时间。研究成果可以为农田水利、生态水文等研究中土壤水力参数的选取提供指导和参考。     

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。     

原状黄土增湿过程中的土水特征曲线模型

黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系,无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究,试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的"增湿水平"这一变量,并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明:各竖向压力作用下增湿过程中,半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似,均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段;竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同,可以归一化为幂函数形式;为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土,验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态,以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。     

高原湖相沉积粉砂土土水特性

高原湖相沉积粉砂土是昆明滇池地区典型的软土之一。受其颗粒级配差、黏粒含量低等特点的影响,其持水能力较弱,基质吸力的变化较大,工程结构易破坏。为研究其土水特性,本文采用滤纸法对昆明滇池区域和成都平原岷江流域的粉砂土进行了土水特征曲线的对比试验。结果表明:两种粉砂土的基质吸力对数反比于体积含水率,土水特征曲线的变化趋势基本一致,且成都平原粉砂土的持水能力优于高原湖相沉积粉砂土;同时,选取Gardner和Van—Genchten模型对试验数据进行拟合,两种土壤的土水特征曲线利用两种模型均可较好的拟合,相比较而言,可以采用三参数的Gardner模型来拟合高原湖湘粉砂土的土水特征曲线。     

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.     

微观结构对膨胀土土-水特征曲线的影响

为了探究膨胀土吸湿过程土-水特征曲线与微观结构变化的关系,采用渗析法和气相法对南阳原状膨胀土的持水特性进行研究,获得了土样在全吸力(0.01~309 MPa)范围内的土-水特征曲线。利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合;采用扫描电镜试验和压汞试验测定吸湿过程中土样微观结构的变化,从微观的层面对膨胀土土-水特征曲线的趋势进行分析。研究表明:在吸湿过程中,膨胀土的微孔隙和大孔隙体积含量增多,小孔隙体积含量减少;吸湿过程中小孔隙和微孔隙体积含量的动态变化使得膨胀土表现出在土-水特征曲线没有拐点的情况下持续增湿的特性;大孔隙体积含量的变化只影响土-水特征曲线的边界效应段,但是影响较小。     

滤纸法测定非饱和膨胀土土水特征曲线试验

针对现实中土体含水量任意变化的情况,采用滤纸法测定非饱和膨胀土任意循环路径下对应的总吸力和基质吸力,得到了任意含水率变化下的总吸力曲线和土水特征曲线。将曲线进行拟合,利用毛细滞回内变量模型进行计算,通过与试验结果对比,验证了该模型对于膨胀土的适用性。结果表明:滤纸法测得的土水特征曲线与传统方法测得的曲线大致相同。含水量任意变化下的曲线不与完整脱、吸湿曲线重合,相同含水率下,脱、吸湿开始点之间含水率差值越小,脱湿后吸湿的曲线,基质吸力越高;吸湿后脱湿的曲线,基质吸力越低。毛细滞回内变量模型适用于非饱和膨胀土,计算结果与实际值能较好吻合。     

北京九龙山低山区不同立地土壤水分生态及综合评价的研究

对北京门头沟九龙山不同立地实测的土壤水分特征曲线和土壤有效水分的研究表明：土壤持水性由好到差依次为：阴坡灌木、阴坡裸地、油松、阳坡灌木、阳坡裸地和侧柏；坡向和植被类型对土壤持水性影响极大；同一立地条件下，土壤容重、毛管孔隙度和有机质含量是影响土壤持水性的主要因子；土壤饱和蓄水量变化范围为１６０５．８６～２３５３．６６ｔ／ｈａ，土壤水分只有７、８两月处于易效水阶段，其它时间均属难效水范围，即使雨季的土壤水分也难达到田间持水量；土层蓄水体积小，水分补偿能力差，土壤水分亏缺率为３２％～７５％，构成了该区脆弱的土壤水分生态环境。     

低吸力下土壤水分特征曲线的计算

土壤水分特征曲线是研究土壤水运动的重要参数,寻求土壤水分特征曲线的一般规律,一直为人们所关心.在生产实际中,经常遇到土壤饱和区附近的土壤非饱和水运动,尤其是农田排水和灌溉的非饱和水运动.因而,寻求低吸力下土壤水分特征曲线的计算有重要意义,本文对此问题进行了探讨.     

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律，推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数，获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合，其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率，基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法，将用此方法估计的参数值与理论值进行比较，并进行了模型中参数的敏感性分析，结果表明本研究所求得的参数有较高的精度，为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

秦王川灌区土壤水分特征曲线及适宜灌水定额确定方法探讨

土壤持水特征是能量法研究土壤水分运动规律的基础，对土壤水分有效性的研究及灌溉制度的制定也有重要意义。秦王川灌区是我省一新建灌区，目前尚无灌溉试验资料可利用，所以灌溉制度只能参照相邻灌区确定，无法做到合理用水和节约用水。本文在对秦王川灌区12个典型点土壤水分特征曲线室内测试的基础上，通过对试验结果进行回归分析，提出了不同质地土壤，不同干容重情况的水分特征曲线经验公式。利用经验公式确定了制定灌水定额的两个重要水份常数：毛管断裂含水量和田间持水量。以0．8m为计划湿润层深度计算灌水定额，结果表明：粉砂质粘…     

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.     

考虑滞后效应与吸附作用的非饱和土SWCC分形模型

传统土-水特征曲线(SWCC)模型的研究仅考虑了土壤基质势的毛细组分而忽略了吸附组分,高估了土壤在低饱和度范围的基质吸力。针对该问题,假设土壤孔隙系统可用一簇带有孔喉的毛细管表示,且其孔径分布服从分形规律。在此基础上将土壤中水分运移分为2个阶段,即毛细水与吸附水共同参与水分运移阶段,以及仅吸附水参与水分运移阶段,推导得到了可以反映全基质吸力范围土壤持水特征及滞后效应的SWCC模型。最后采用已有的试验数据与研究结果对得到的本构模型进行验证,结果表明所提出的SWCC模型预测曲线与试验数据吻合良好,且相比已有方法可更好地描述非饱和土SWCC的持水特性,证明了该模型的合理性与可行性。     

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。     

珠三角滨海小流域降雨入渗试验与模拟研究

调查了中山大学珠海校区滨海小流域内的土壤质地情况,着重分析了其中一个径流试验场A中的土壤颗粒组成;根据实测土壤含水量、土壤吸力数据,用Gauss曲线拟合了吸水过程的土壤水分特征曲线,并编制了计算一维非饱和土壤水运动的计算机程序,模拟分析了径流试验场A在一次降雨入渗过程中、土壤含水量、土壤基质势的变化,获得了不同深度处的土壤吸水过程的水分特征曲线。