浑水入渗的基本特性研究

依据大田土壤清、浑水积水入渗对比试验资料,揭示了浑水入渗的一些基本特性。对试验结果进行分析后表明:在相同入渗条件下,浑水入渗主要受泥沙含量的影响,由于入渗浑水中的泥沙入渗时在地表形成一个沉积层,因而对入渗起到阻碍作用,使得浑水累积入渗量和稳定入渗率都随浑水泥沙含量增大而减小;浑水入渗也符合Kostiakov-Lewis入渗模型,入渗指数随浑水泥沙含量的增大而增大,入渗系数和相对稳定入渗率随浑水泥沙含量的增大而减小。研究结果对于指导浑水灌溉可提供参考。     

开孔铺面土柱入渗试验及对地表径流削减作用分析

对开孔铺面的土柱入渗试验结果是：在充分供水条件下,下渗强度和下渗量的大小与土壤性质、土壤含水量及淹水深度有关,利用试验结果对典型城市设计暴雨分析表明,开孔铺面对地表径流确有削减作用,但不同的土壤性质、土壤含水量,降雨强度、降雨历时的削减作用有显著的判别。     

不同干密度压实黄土垂直积水入渗特性

为探究受干密度变化影响下的压实黄土垂直积水入渗特性,以延安黄土为例,利用自主研发的一套一维土柱垂直入渗试验装置,设置三组不同干密度压实土柱进行常水头积水入渗试验。结果表明：入渗率和湿润锋前进速率与压实黄土干密度存在负相关性,导致相同积水入渗时段,干密度越大,累积入渗量越少,湿润锋前进距离越短;干密度变化对入渗率影响主要体现在积水入渗前期,随时间推移影响程度逐渐减小;积水入渗试验中,同一深度相邻传感器响应时间间隔与压实黄土干密度存在正相关性,且干密度越大,土体增湿过程越相对缓慢;试验土体增湿过程中,渗透系数逐渐增大,介于10-9～10-4cm/s之间,当体积含水率在20%～30%时,渗透系数受干密度变化影响不明显,当体积含水率大于30%,干密度越大渗透系数越小;压实黄土增湿稳定时,体积含水率小于饱和态,渗透系数近似等于饱和渗透值。     

基于现场渗透试验的黄土滑坡体入渗特性

以天水市廖集村滑坡为例,分别在滑坡体后缘、中部和前缘部位进行原位双环渗水试验,获取渗透系数和稳定渗透深度定量指标来表征滑坡体不同部位的渗透能力,研究滑坡中水的主要入渗途径.结果表明:试验区域的渗透系数为1.00×10~(-3)~1.00×10~(-4)cm/s,为中等透水,入渗深度在2 m以内,滑坡体不同部位渗透性能存在较大差异,滑坡体后缘渗透系数是前缘的约12倍,原因是滑坡体后缘土层具有粗颗粒含量高且不均衡的级配特点和土层疏松的密实度特性.由高密度电法结果配合野外勘察发现,滑坡体中的水来自降雨直接入渗的贡献很小,裂隙分布位置与地下水分的赋存状态有极大相关性.雨水由裂隙快速进入坡体才是降雨入渗的主导方式.     

不同渗漏盾构隧道渗透特性及地表沉降研究

渗水是盾构隧道长期运营阶段的常见病害,这可能引发严重的地表沉降从而诱发灾害。以南宁市轨道交通一号线下穿粘土、粉土、砂土及圆砾土四种典型土层为工程背景,建立三维数值分析模型,考虑环缝和纵缝的渗水影响,在四种不同渗漏条件下对不同土层中的渗透特性及地表沉降进行分析。研究发现:环缝渗水对地表沉降、孔压分布及渗水流量的影响远大于纵缝渗水;土层的渗透系数不影响最终沉降量,但影响沉降达到稳定的时间,二者成反比;沉降稳定后的孔压分布主要由渗漏条件决定,不随土层变化;沉降稳定后的渗水流量与土层的渗透系数成正比。在同一规范限值渗水流量下,渗透系数越小的土层地表沉降越大,因此单独以规范流量限值是不能有效控制地表沉降的。     

基于混合遗传算法和积水入渗实验反求土壤水力参数

土壤水力参数是土壤水分运动和溶质迁移模拟计算的基本参数,因此快速、省时、精确的确定土壤水力参数有重要意义.本文建立了积水入渗条件下土壤水力参数优化模型,采用遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值实验和土柱实验验证.数值实验结果表明采用混合遗传算法求解积水入渗条件下的土壤水力参数具有较高的精度,参数优化精度与待优化参数的个数和积水入渗实验测定项目有关,当待求参数为rθ,,αn3个时,积水入渗实验中只需测定含水率和累积入渗量二者或二者中的任意一个均可求出参数值;当待求参数为rθ,sθ,,αn4个和rθ,sθ,,αn,Ks5个时,积水入渗实验需要测定含水率或同时测定含水率和累积入渗量方可求出待求参数,而仅测定累积入渗量不能精确求出rθ、sθ的值.应用上述分析结果,进行了土柱积水入渗实验,结果表明该模型可以精确求解土壤水力参数.因此,本文建立的土壤水力参数优化模型是正确的,求解方法是合理的,这可为高效求解土壤水力参数提供一个有效途径.     

土体类型、干密度和初始含水量对土体入渗率影响的试验研究

基于室内一维积水入渗试验结果,分析了土体类型、干密度和初始含水量对土体入渗率的影响.试验结果表明:土体的入渗率随土样中粘性颗粒含量的增加同样逐渐减小;随干密度的增加逐渐减小;当干密度较小时,随初始含水量的增加逐渐增加,当干密度较大时,随初始含水量的增加逐渐减小.     

天然花岗岩残积土大孔隙水分迁移特征的染色示踪试验

选取福州某地山坡天然花岗岩残积土为研究对象,借助亮蓝染色剂开展大孔隙水分迁移入渗试验,对原生态土体大孔隙分布特征及水分入渗情况进行研究.结果表明:天然土体表层土质松散、孔隙分布均匀,水分以均质流形式下渗为主,但同时部分大孔隙通道分布方向各异,存在高度不均匀性,水分与基质域间存在不同程度水分交互现象;染色面积随入渗深度呈...     

非饱和-饱和土壤中水分入渗的数值仿真模拟

为了定量整体描述非饱和-饱和区域内水流入渗过程,在水分入渗理论基础上,基于V-G模型建立了非饱和-饱和区域内水流运动的数学模型,分别对水分在不同粒径大小土壤中的入渗过程进行模拟;分析结果表明:入渗水分进入土壤的初期,由于粒径较大的土壤中充气粗孔的阻隔,使得压力水头与粒径较小的土壤相比减小速率较慢;当进入渗漏与渗透阶段后,粗大孔隙中的空气基本被水分所驱替,渗透性较好的土壤中压力水头减小速率较大;毛细管带高度也是导致下渗速率不同的因素之一,毛细管高度越大,进入渗透阶段的时间越短,反映在压力水头的变化上则为压力水头变化速率降低。     

种植土-碎石绿化带雨水入渗的数值分析

为分析理论解析法求解种植土-碎石绿化带雨水入渗问题的合理性,建立了非饱和种植土-碎石绿化带雨水入渗的有限元模型,模型上边界设置储水表皮,模拟雨水入渗和积蓄,下边界为饱和排水,模型两侧不透水。首先,利用有限元模型模拟了均匀降雨条件下的雨水入渗特征,与理论解析解对比,验证了模型的正确性。然后,利用有限元模型计算石家庄市2年重现期3h设计暴雨雨型条件下种植土的雨水入渗,地表开始积水时间、降雨结束后积水深度、雨量径流系数分别为0.75h,13.6cm和0.24,均匀降雨理论解析解计算结果分别为0.72h,14.4cm和0.17,两种方法计算结果相差不多。再次,利用有限元模型计算了下边界孔压变化、上边界孔压变化条件下的种植土地表开始积水时间,结果表明随着下边界孔压降低,地表开始积水时间延长,随着上边界孔压降低,地表开始积水时间延长,当下边界孔压为0kPa时,初始上边界孔压分别为-6kPa和-12kPa,地表开始积水时间分别为45 min和50 min,地表开始积水时间有一定差异;当初始上边界为-6kPa,下边界分别为0kPa,-1kPa,-2kPa和-3kPa时,地表开始积水时间分别为45min,45min,46min和47min,下边界条件对地表开始积水时间影响较小。地基土渗透系数为6.5×10~(-9) m/s,地基土孔隙水压力分别为0kPa,-4.5kPa,-9kPa,-13.5kPa和-18kPa,利用有限元模型求解获得种植土地表开始积水时间分别为54min,54min,55min,55min和56min,地表积水深度分别为11.9cm,11.7cm,11.5cm,11.4cm和11.3cm,随着地基土孔隙水压力降低,种植土地表开始积水时间略有延长,种植土地表积水深度略有降低,总体上地基土孔隙水压力对种植土地表积水时间和积水深度影响不大。地基土孔隙水压力0kPa,渗透系数分别为6.5×10~(-9) m/s和6.5×10-7 m/s,利用有限元模型计算获得种植土地表开始积水时间均为54 min,积水深度均为11.9cm,地基土渗透系数对种植土地表积水时间和积水深度基本无影响。从上述研究结果可以看出,可以使用平均降雨强度和理论解析法计算地表开始积水时间和积水深度;下边界条件对地表开始积水时间和积水深度影响不大;地基土的饱水渗透系数、地基土的初始含水率对地表积水开始时间和地表积水深度影响不大;使用理论解析解求解种植土-碎石绿化带雨水入渗问题是合理的。     

上覆强透水层的双层土质边坡降雨入渗特征

为研究浅层强透水的双层土质边坡降雨渗流特征，建立均质粉土与砂土-粉土的土柱、边坡模型，依据基质吸力与含水率的控制方程，分析了土层渗透性、地下水、坡度对饱和区成形影响.结果表明:砂土-粉土柱产生饱和区，既因土层渗透差导致雨水在砂土底层蓄积，又因粉土表面的渗流速度陡降；砂土-粉土边坡饱和区在土层界面首先产生，在纵向上以界面为中心逐渐往各土层内扩展，同时沿土层界面往坡顶上发展，其延伸长度随着地下水位升高而逐渐增大，但地下水位2m与1m时，坡度越大，延伸长度越小；地下水位与坡度均影响土层界面的初始饱和度.     

峰峰新三矿煤矸石山土壤水分特性研究*

为了解煤矸石基质土壤的水分特性,为煤矸石山水土保持、生态修复和复垦提供理论依据,试验选用峰峰新三矿6种不同煤矸石基质土壤,采用室内模拟试验的方法,测定土壤孔隙度、渗透系数和水分入渗规律。试验结果表明:混合基质土壤孔隙度随掺土比例的增大而增大,掺土后基质总孔隙度显著增加;基质土壤的渗透系数山脚山腰山顶;矸土比为7∶3、5∶5和3∶7的混合基质土壤的渗透系数分别是原矸石的0.643、0.517和0.459,掺土后渗透系数显著降低。山脚矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山腰的1.111和1.078倍;山腰矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山顶的1.096和1.102倍;矸∶土/7∶3的初始入渗率和稳渗率分别为5∶5的1.152和1.149倍;矸土比5∶5的初始入渗率和稳渗率分别为矸土比3∶7的1.179和1.057倍。矸土混合土壤的初始入渗率、稳渗率均随矸土比的减小而迅速减小,入渗达到稳定状态的时间随矸土比的减小而增加。Kostiakov入渗模型更适合作为风化煤矸石的入渗模型,通用经验模型更适合作为掺土煤矸石的入渗模型。矸石掺土可以显著降低入渗率,提高累积入渗量,有益于煤矸石山的植物生长。     

微波在石窟岩体水分可视化探查的研究与应用

水-岩作用是岩体劣化的主要因素之一,水分探查是研究其水-岩作用的基础。利用微波在不同介质中传播速度的差异性探查石窟岩体水分来源、水分分布及水分的时空运移特征。结果表明:微波测湿技术可有效探查浅表层石窟岩体的水分来源和水分的空间分布特征;在长期监测条件下,可测试不同深度岩体水分变化的时空特征,同时能够可视化展示石窟岩体水分对环境因子的响应特征。微波技术为石窟岩体水分探查提供新的思路,具有便捷可靠、无损检测、可视化探查等优点。     

浑水入渗作用下尾矿砂渗透规律试验研究

通过自制的多功能浑水渗透试验装置,配置浓度为0%、10%、20%、30%、40%的浑水做砂柱入渗对比试验,模拟浑水入渗过程中累积入渗量、渗透系数与孔隙度等的变化情况。实验结果表明,浑水浓度在入渗过程中对尾矿砂的物性参数具有显著的影响,浓度越大,浑水中固体颗粒沉积得越快,入渗后砂柱的渗透系数和孔隙度越小。在浑水入渗的初始阶段,粗颗粒的沉积滞留起主要作用,随着入渗时间的增长,细颗粒的入渗和滞留对参数影响变大。研究结果对尾矿坝的设计和渗流分析具有一定的参考价值。     

绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响

为认识绿洲农田表层掺砂和覆砂后层状土的入渗规律及农业生产实践提供依据,通过模拟试验研究了绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响。试验以不同掺砂量和覆砂厚度为影响因子,设置0%(对照)、25%、50%、75%、100%(纯砂)5个掺砂量处理,折合为覆砂厚度分别是0、1.7、3.6、5.7、8cm。结果表明:表层掺砂(除100%)能显著提高土壤入渗能力,并随着掺砂量(除100%)的增加而增加,且提高了掺砂层下部含水量;覆砂抑制了土壤入渗能力,且随着覆砂厚度增加抑制减弱;经Philip和Kostiakov入渗模型参数拟合和I200验证得出:Philip和Kostiakov入渗模型均有较高的实用性,其中Kostiakov入渗模型更佳。     

退化两相Stefan动边界控制及其在非饱和土入渗中应用

结合孔隙水和孔隙气体在气液交界面上的力学条件,给出了一个退化的两相Stefan问题的最优控制模型;以交界面上的动边界为控制变量,描述了非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程,为水流入渗问题的求解提供了一种新的方法.数值结果表明,对导气率不同的土类,孔隙气体的排出过程对孔隙水入渗运动有不同的影响,对导气率低的土类影响很大,且不可忽略.     

降雨条件下多层土坡入渗机理与稳定性分析

基于VG(Van Genuchten)模型多层土含水率方程,建立了考虑边坡倾角的含水率与基质吸力控制方程,提出了土层间渗透系数比不同的情况下多层土坡入渗深度计算方法.通过在Geo-Studio软件中的Seep/w板块建立多层土的一维和二维模型,分析雨水入渗过程中土层交界面处饱和滞水区形成过程及不同降雨条件下多层土坡稳定性变化规律,并验证本文计算方法的正确性.结果表明:多层土坡降雨过程中,土层交界面处体积含水率、孔隙水压力变化范围较大,对于各层渗透性不同的多层土坡,在同一降雨强度下,渗透系数比越大,则交界面处滞水向下消散的速率折减得越多,交界面处孔隙水压力变化范围越大;多层土坡在交界面处出现饱和滞水区后孔隙水压力急增,导致土抗剪强度骤降,进而引发土坡稳定性系数大范围下滑.上述结论为降雨边坡预警工作提供参考依据.     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

封闭气泡对土壤渗透性影响的研究进展

非饱和土体中的部分气体极容易在入渗过程中被封闭在孔隙或裂隙中,形成互不连通的与外界隔绝的封闭气泡．封闭气泡的存在阻碍了水相的流动,使土体的渗透性能降低,从而对土体的入渗速率产生不可忽视的影响．通过阅读相关文献,分析总结了前人的研究成果,从封闭气泡对渗透性影响的相关试验研究以及数值模型等方面,介绍了目前国内外关于封闭气泡的研究进展情况,指出了目前有待解决的问题．