压实黄土水分入渗规律及渗透性研究

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为解决城市发展和建设用地紧缺的矛盾,西北地区城市将荒山、沟谷等地改造成农田或城市建设用地。黄土经过碾压、夯实或振动压实等方法处理后,作为一种建筑材料被直接运用到工程建设中。黄土地基湿陷变形及其它岩土工程问题都与土中水分入渗密切相关。因此,为研究压实黄土中水分入渗规律和渗透特性,本文利用室内垂直一维土柱入渗试验装置,同时配合数值计算方法,进行了常水头入渗和降雨入渗土柱试验,并测定了压实黄土的非饱和渗透系数。主要研究内容和成果如下:(1)进行了三组干密度(ρ_d=1.45g/cm~3、1.55g/cm~3、1.65g/cm~3)压实黄土土柱常水头入渗试验,得到了入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋前进距离随入渗时间变化规律,建立了累积入渗量和湿润锋前进距离随入渗时间的幂函数关系,以及累积入渗量和湿润锋前进距离之间的线性关系,并探讨了干密度对土柱入渗的影响;(2)开展了三组压实黄土土柱降雨入渗试验,研究了降雨入渗过程中土体中水分的运移规律,得到了压实黄土的土-水特征曲线,同时用van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对实测土-水特征曲线进行了拟合;(3)利用瞬时剖面法处理降雨入渗过程中土壤水分、水势传感器监测到的数据,得到压实黄土的非饱和渗透系数,建立了渗透系数和体积含水率之间的指数关系。同时,通过van Genuchten和Fredlund-Xing渗透系数模型对非饱和渗透系数预测结果的对比,发现van Genuchten渗透系数模型预测结果更接近实测值。另外,结合非饱和渗透系数函数和土体中水相和气相的关系对压实黄土中水分运移机制进行了探讨;(4)采用有限元数值模拟方法,通过建立与室内入渗试验相对应的渗透模型,对室内模型试验进行了验证和补充,模拟了常水头和降雨土柱试验中土体水分入渗过程,模拟结果与试验监测数据吻合。
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