降雨自由入渗阶段试验研究及其过程的水势描述

研究降雨自由入渗阶段土体内的水势变化规律具有重要的工程意义。讨论了现有的入渗模型及降雨非饱和渗流计算方法。认为其不能满足工程渗透稳定性分析的需要,且不符合实际的降雨物理过程。设计了室内降雨自由入渗负压测试试验,结果显示:土体负压在入渗阶段的变化规律符合Boltzmann函数曲线,降雨强度越大负压值变化越快。结合土壤水能态理论,分析了自由入渗阶段土体内水势的变化和分布规律,并指出非饱和渗透系数随着降雨强度的增大而增大。该研究为低降雨强度条件下岩土工程的渗透稳定性问题的分析提供了参考依据。     

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。     

天然盐碱化湿地土壤水分扩散率的分析

运用水平土柱入渗法模拟研究了盐碱化湿地土壤的水分扩散过程以及水分扩散率和土壤含水量之间的关系,结果表明：盐碱化可降低土壤的水分渗透性能,湿地10～20 cm内土层水分渗透速度较其它两层小得多,下部土壤层次的水分扩散率高于上部土壤层,湿地土壤水扩散率随土壤含水量的增加呈指数增长变化的趋势,且表层土壤的增长曲线相对较陡.     

人为践踏对南京紫金山天然次生林土壤渗透性的影响

【目的】探讨不同程度人为践踏对土壤涵养水源功能及土壤渗透性等指标的影响,以期为紫金山国家森林公园的生态旅游管理提供依据。【方法】在南京紫金山国家森林公园内选择两处不同海拔的天然次生林试验区,每个试验区中选取5条不同践踏强度的小径,并选择3处未受人为践踏的区域为对照,测定土壤各物理指标,分析人为践踏对土壤渗透能力的影响。【结果】不同人为践踏强度下土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度以及非毛管孔隙度会发生变化;践踏对低海拔处土壤容重的影响比高海拔处的更加明显。土壤的饱和含水量、毛管持水量以及田间持水量会因人为践踏产生不同程度的降低;土壤的渗透过程、初渗率、稳渗率、平均入渗率以及渗透总量会因人为践踏呈显著降低(P<0.05);研究发现践踏对低海拔处土壤渗透能力的影响比高海拔处的明显。结构方程模型分析发现践踏强度、土壤总孔隙度对土壤渗透能力的影响系数较大。【结论】人为践踏可导致土壤容重变大、土壤紧实度变大、孔隙度降低、土壤的通气性降低、持水能力减弱、土壤的渗透性变差;人为践踏强度越大,土壤渗透能力降低越明显。     

火灾对毛竹林地土壤抗蚀性与渗透性的影响

通过对北碚区茅庵林场内火烧毛竹林地和未烧毛竹林地的土壤抗蚀性和渗透性进行试验并进行相关分析，结果表明；（1）与未烧林地相比，火烧林地的土壤〉0．5mm和〉0．25mm水稳性团聚体相比分别降低了23．80％和17．33％，水稳性指数降低了47．73％，渗透速率降低了65．60oA．（2）火烧林地〉0．5mm和〉0．25mm水稳性团聚体含量与初渗速率及平均入渗速率为正相关，即其水稳性团聚体含量愈高，入渗速率愈慢，而未烧林地则相反．森林火灾较大程度改变了土壤的抗蚀性和入渗特征，通过对其研究可更合理地恢复灾后森林结构和功能．     

蚯蚓活动对宝鸡地区农田土壤水分入渗过程的影响

目的 研究蚯蚓活动对土壤水分入渗过程的影响。方法 通过土柱模拟实验,设置3种土壤容重(ρ1,ρ2,ρ3分别为1.28,1.32和1.36 g/cm³)条件,分析接种蚯蚓和对照处理(无蚯蚓)下土壤水分入渗速率(又称入渗率)、出水速率和累积入渗量变化规律及土壤孔隙特征。结果 接种蚯蚓后,土壤水分入渗率随时间推移呈“降低-增加-降低”的曲线变化,蚯蚓活动改变了土壤水分入渗过程。接种蚯蚓后土壤水分初始入渗率提高了0.3%～66.7%,稳定入渗率提高了1.67～2.08倍,土壤出水量提高了1.0～1.3倍。蚯蚓活动使得土壤容重降低了9.4%～12.5%。容重越小,蚯蚓活动越强烈,土壤孔隙越发育,土壤水分入渗能力越强。与对照组相比,土壤容重对土壤水分入渗过程的影响远小于蚯蚓活动产生的影响。土壤水分累积入渗量和出水量均随土壤孔隙度的增加而增加,二者之间呈极好的线性关系。结论 蚯蚓活动通过改变土壤孔隙,可促进极端强降雨条件下的土壤水分入渗,减少土壤表面侵蚀,提高深层土壤含水量,进而对植被生长产生重要影响。     

裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论：(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀、且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其它基本相同,约为4 E-04cm/s。     

非饱和土壤有压入渗经验模型研究

基于非饱和土壤有压入渗试验,分析讨论了非饱和土壤水分有压积水入渗率随时间的变化特性,在考斯加科夫(Kostiakov)公式的基础上,建立了非饱和土壤有压入渗的三阶段经验模型.经验模型更好地反映了非饱和土壤有压入渗的过程,由其计算的累积入渗量值与实测值间的误差小于5%,与考斯加科夫三参数模型相比,和实测结果具有更好的吻合性.     

不同压实度和初始含水率裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论:(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀,且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其他基本相同,约为4×10-4cm/s。     

供水强度对非充分供水入渗模型参数的影响

基于两种质地不同土壤的非充分供水入渗试验,分析了kostiakov三参数模型描述非充分供水入渗过程的可行性和供水强度R0对入渗模型参数的影响.结果表明:用kostiakov三参数模型描述土壤入渗能力控制阶段入渗过程是可行的;积水时刻tp随供水强度R0的变化呈负幂函数关系,入渗模型系数K等于供水强度与稳定入渗率之差,入渗指数α随供水强度的变化呈幂函数关系,供水强度对稳定入渗率f0影响不大.该研究结果对非充分供水入渗过程的预测有重要意义.     

非饱和黄土场地水分入渗规律及影响因素的现场试验与数值模拟

为了探究非饱和黄土场地水分入渗规律及其影响因素,为黄土地区因水分入渗作用导致的各类滑坡和工程地质灾害研究提供参考。在非饱和黄土场地现场开展水分入渗试验,获得不同深度水分计监测信息,探讨非饱和黄土场地水分运移规律;结合数值模拟扩展研究不同浸水类型及不同浸水量对水分入渗规律的影响。结果表明：不同深度土体的体积含水率随时间关系曲线呈现出四个阶段变化特征,区别在于各阶段时间的长短和体积含水量峰值的大小;非饱和入渗时,渗透扩散速率随着深度的增加逐渐衰减,且衰减速率较大;不同浸水类型的入渗深度及宽度在短时间内会存在差异,对最终入渗深度及宽度并没有影响;随着浸水量的增加,入渗深度和宽度不断增加,但增加幅度不断减小,非饱和黄土场地水分入渗深度及宽度是有限的。     

重塑黄土渗透系数的试验研究

通过不同渗透压强下的渗透试验研究了重塑黄土的渗透性。分别制取六种不同孔隙比的重塑土样和一种原状土样,进行渗透实验,渗透过程分别考虑了不同的孔隙比和不同压强对重塑黄土的渗透性的影响。结果表明:重塑黄土的渗透系数随孔隙比增大呈先增大再减小的趋势;重塑黄土的渗透系数随反压增大呈减小的趋势;加压阶段重塑黄土的渗透系数变化约为卸压阶段渗透系数变化的15倍左右;孔隙比越大渗透对土体结构影响也越大。重塑黄土的渗透性的研究,为土的阻污性及土工合成材料的渗透性的研究提供数据支持,同时为工程实践提供参考。     

碱溶液对GMZ膨润土膨胀性和渗透性的影响

利用适用于碱性溶液入渗的膨胀渗透仪,对不同初始干密度的高压实高庙子(GMZ)膨润土进行膨胀、渗透试验,试验中用NaOH溶液模拟碱性孔隙水.试验结果表明:在碱溶液入渗作用下,各试样的膨胀力均呈现双峰变化形态;相同初始干密度试样的膨胀力随入渗碱溶液浓度的增大而减小,渗透系数则随着溶液浓度的增大而增大;碱溶液浓度相同时,试样的膨胀力随初始干密度的增大而增大,渗透系数随干密度的增大而减小;碱性孔隙水的长期入渗会减小高压实GMZ膨润土的膨胀性、提高其渗透性,最终降低膨润土的缓冲性能.     

粘质土壤的膜性能研究进展

阐述了化学渗透的概念.简要综述了实验室测定粘质土渗透效率系数σ的装置及对各类粘质土的试验结果,总结影响σ的因素.详细叙述了考虑化学渗透的复合的水渗流及溶质迁移的模型,模型预测和试验的液体流动及溶质迁移的结果,证明粘土化学渗透对环境科学和岩土工程的重要性,化学渗透能显著改变化学环境下低渗透性土壤中水的流动和溶质的迁移.综述了化学渗透的工程应用,包括作为垂直和水平围堵屏障能减少污染物质的流动,能用于稳定软弱、高活性粘土等.指出了今后的研究方向,如对粘质土的膜性能的研究还局限于研究室试验阶段,对于土工合成材料(GCL)、原状土样的膜性能的研究还不多.     

耕作土壤人渗能力衰减机理

基于大田土壤水分入渗试验与相关参数的测定，分析了耕作土壤入渗能力衰减过程，探讨了耕作土壤入渗能力衰减机理。试验结果表明：耕作土壤的入渗能力在农业生产周期内变化较大；耕作土壤由高含水量到低含水量的变化过程中，土壤干容重呈增大趋势，土壤入渗能力呈减小趋势；作物生育期内，耕作土壤入渗能力衰减主要是由于土壤结构的变化所导致的。研究结果可为灌水技术参数的确定及水资源的合理利用提供参考。     

浑水入渗砂柱孔隙水压变化试验

浑水渗流的一大特点就是一个非稳定渗流过程,一个不同于变水头渗流的非稳定渗流,地层的渗透路径和整体渗透系数随着时间的增长不断变化,渗流水中的悬浮物也会随着时间的增长不断的沉积。这类工程问题有长期浑水灌溉对土壤渗透性能的影响,洪水在坝前淤积淤泥对绕坝渗流的影响。通过试验,测定了尾矿砂的颗粒级配曲线,主要成分为二氧化硅,又开展了不同入渗水头,不同浑水含沙量,不同级配尾矿砂条件下,浑水渗流的砂柱的试验研究,分析了水头高度随时间的变化情况。     

长治市长子县土壤入渗特性的试验研究

在长子县10个有代表性的村庄进行了大田土壤入渗试验。采取室内室外试验相结合的方法,测量了5种状态下的土壤入渗能力及土壤含水量,借助数理统计方法系统地研究和分析了土壤水分入渗特性的变化过程和影响土壤水分入渗特性的各种因素。     

不同退化演替阶段高寒草甸表层土壤持水特性的初步研究

以三江源区高寒草甸为研究对象,利用空间分布代替时间演替的方法,选取轻度退化(Lightly degraded grassland,LG)、中度退化(Moderately degraded grassland,MG)和重度退化(Heavily degraded grassland,HG)高山嵩草草甸(Kobresia pygmea meadow)样地,研究了不同退化演替阶段土壤持水能力和渗透性.结果表明,土壤总空隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度呈现下降趋势,最低值出现在HG阶段,分别为42.03%,11.76%和30.27%;随着高寒草甸退化加剧,HG测定土层土壤总库容、土壤滞留库容、土壤吸持库容均呈现下降趋势,水分入渗速率变化范围从29.99 mm·min~(-1)减少到了3.48 mm·min~(-1),说明重度退化阶段土壤水分入渗速率极强,而土壤的保水能力却最弱;相关分析表明,土壤持水量指标与土壤容重呈极显著负相关(P0.01),和入渗速率显著负相关(P0.05),与孔隙度成显著正相关关系(P0.05),土壤容重和孔隙度显著负相关(P0.05),说明严重退化草地因过度放牧,土壤压实程度较大,从而导致孔隙度较小,进而影响草地持水能力.在自然状况下,轻度退化草甸0～8 cm土壤最大持水量最高为512.16 t/hm~2,重度退化0～8 cm土壤最大持水量最低为336.24 t/hm~2,按照重度退化草甸1.8×10~6hm~2粗略估计,三江源重度退化高寒草甸使草地土壤上层水源涵养量减少了3.16×10~8t.     

地下水人工回灌过程中微生物堵塞的预测

基于微生物生长模型与多孔介质渗透理论,耦合微生物生长量与介质渗透性变化的定量关系,建立了地下水回灌过程中沿入渗途径上微生物堵塞程度的预测模型.进而利用该模型,计算了平谷地区采用不同雨洪水源进行地下回灌可能引起的微生物堵塞程度,结果显示微生物堵塞主要发生在近地表的0.5m范围内,渗透系数降低幅度最大仅为2.3%.     

黄河三角洲贝壳堤不同植被类型的土壤水分物理特征及蓄水潜能评价

贝壳堤生态系统具有典型性和脆弱性,土壤蓄水能力决定着贝壳堤系统的稳定性和植被生产力的高低.为阐明贝壳堤不同植被类型土壤蓄持水分能力及其影响因素,测定分析了贝壳砂土壤的基本物理参数、渗透性及土壤水分的温度响应特性,采用模糊数学隶属函数法评价了不同植被类型的土壤蓄水潜能.结果表明:酸枣林、杠柳林和草地能有效改善土壤通透性,土壤总孔隙度分别比裸地增加27.0%、19.3%和10.8%.在30℃和50℃恒温下,不同植被类型的土壤含水量随烘干时间的延长可分为土壤水分瞬变、渐变和平稳3个阶段.两种温度下,土壤饱和含水量、土壤达到恒重时间和失水率均表现为酸枣林杠柳林草地裸地.Horton模型适宜模拟贝壳砂生境的土壤入渗特征,灌木林土壤入渗性能好于草地.杠柳林和酸枣林的稳渗速率分别比裸地增加27.1%和5.4%,而草地比裸地降低76.6%.反映土壤蓄持水分的主要指标一类是土壤容重和孔隙度,另一类是土壤粗砂粒、粉粘粒分布和稳渗速率.贝壳砂土壤蓄水潜能综合评价为灌木林好于草地,酸枣林强于杠柳林,而裸地较差.