封闭气泡对近饱和土体渗透性影响的试验研究

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入渗是水分进入土体的过程,入渗问题是土力学研究的一个重要分支。水分在进入土体的过程中,大部分空气极有可能被封闭在土体孔隙中形成封闭气泡,阻碍水相的流动,使土体的渗透性能降低,从而对土体的入渗能力产生不可忽视的影响。因此,研究在积水入渗过程中土体孔隙内的封闭气泡含量及其影响因素,分析封闭气泡对土体渗透性能的影响,有利于更全面的分析土体的入渗能力,对于研究水文学、农田水力学和水质环境学等学科具有重要的指导意义。本文结合室内一维积水入渗试验,主要开展了以下几个方面的工作:1、制作了室内一维积水试验模型,由一维积水入渗试验湿润锋的推进过程曲线观察到,由于封闭气泡的影响表层土体中存在明显的台阶状含水量分布现象,并进一步分析了土体内封闭气泡产生的原因。2、分析了积水入渗时土柱内封闭气泡的体积与土柱干密度、初始含水量和土类性质的关系,并初步探讨了三种影响因素对封闭气泡体积的影响机理。3、基于室内一维积水入渗试验数据,分析了土柱干密度、初始含水量和土类性质对土体入渗率的影响,拟合出入渗稳定后的渗透系数与初始体积含水量的经验公式,以及入渗稳定后的渗透系数与气相饱和度的经验公式,并进一步分析了封闭气泡对渗透系数影响的原因及减渗机理。4、采用压力膜仪,测量与各组一维积水入渗土体参数相同的试样的土水特征曲线,并采用Fredlund&Xing模型对实测土水特征曲线进行拟合,用于一维积水入渗的数值模拟分析。5、采用SEEP/W二维渗流分析软件对一维积水入渗进行数值模拟分析,结果表明:利用试验获取的土水特征曲线和饱和渗透系数,SEEP/W的计算结果与实测的一维积水入渗湿润锋的推进过程相差较大。分析了模拟结果出现偏差的原因为,SEEP/W的渗流分析理论没有考虑封闭气泡即气相对土体孔隙水压力的影响,在使用达西定律时也没有考虑封闭气泡对渗透系数的影响。因此,在数值模拟一维积水入渗时需要考虑封闭气泡对水相流动的影响。
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