浑水渗流对粗粒土渗透特性的影响

粗粒土常常作为农业水土工程、水利工程和土壤特性改良工程的重要材料和载体,在浑水渗流作用下,其特性的变化对工程应用有重要影响。该研究推导了浑水渗流作用下,圆管中粗粒土渗流计算式,并采用自制装置系统分析了浑水渗流作用下粗粒土的渗透特性,探讨了粗粒土的水力梯度、渗透系数、渗流量以及孔隙填充率的变化规律,并将推导的理论式与试验结果进行对比验证。结果表明：在水力、几何条件均满足的前提下,浑水在粗粒土中的渗流可分为3个阶段,分别是细颗粒运移畅通阶段（阶段1）,孔隙堵塞和运移并存阶段（阶段2）和粗粒土顶部淤积分层阶段（阶段3）,粗粒土在各阶段表现出不同的渗透和物理特性;粗粒土渗透特性主要受到浑水浓度和水头的影响,随着浓度和水头的增大,浑水中细颗粒在粗粒土中的运移、堵塞和淤积会加剧,粗粒土整体的水力梯度会增大,而渗透系数会逐渐减小;粗粒土的不均匀系数是影响浑水渗流过程的重要因素,不均匀系数越大粗粒土内部孔隙率就越小,细颗粒运移的通道越不畅通,更容易发生堵塞和淤积;随着水头的增大,在较大渗透力的作用下细颗粒的运移会更容易,但也加快了内部堵塞和顶部淤积的速度,细颗粒持续向下运移的距离也会减小;随着浑水浓度的增大,粗粒土顶部的孔隙会快速沉积、封堵,细颗粒运移速度和距离都会被削弱;试验完成后,粗粒土柱沿着渗流路径方向自上而下孔隙率逐渐较小,在0～5 cm范围内下降梯度最大,5～20 cm范围下降趋缓。研究结果揭示了浑水渗流作用下粗粒土抗渗透特性的变化规律,为浑水渗流和工程应用提供理论支持。     

土壤溶质迁移至地表径流过程的室内模拟试验

关于土壤溶质迁移到地表径流,现有研究大多是概念性的认识,对迁移过程中各个部分的定量研究却很少。该文为了量化研究土壤溶质迁移流失过程及其作用机理,通过设计2种水文条件即土壤水分饱和和土壤渗流条件,其中土壤渗流条件设置了2种水头（5 cm,10 cm）,采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别研究土壤溶质迁移到地表径流过程中4种途径：土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流。试验结果表明了伯努利效应导致土壤溶质迁移量增加;特别是在土壤水分饱和条件下,当地表径流流速从55 mL/s升到 200 mL/s时,伯努利效应引起的土壤溶质流失通量占总流失通量的比例从14%升到53%,在土壤水分饱和条件下,混合层深度小于5 mm;但是在土壤渗流条件下,混合层深度随着水头的高低和径流流速的大小而变化。土壤溶质迁移过程同地表径流流速和地下水位高低有着重要关系。     

黑土冻融过程中水分垂直迁移模拟研究

为明确土壤冻融过程中水分垂直迁移与其主要影响因素间的定量关系,以我国东北典型黑土为研究对象,通过单向冻融试验,进行了不同初始含水率、降温幅度和地下水位条件下土壤冻结过程中水分垂直迁移试验,定量分析了主要影响因素对黑土冻融过程中水分垂直迁移的影响规律。结果表明:(1)试样中温度变化先快后慢,最终试样内部温度随深度呈现稳定的温度梯度分布;(2)初始含水率对土壤的冻结影响较为明显,初始含水率越高,冻结经历时间越长,冻结过程中消耗的潜热量越大,冻结锋面形成越晚;(3)不同降温幅度使得土壤温度梯度差距较大,15℃温差变温时垂直方向水分迁移量最大,土壤最快进入冻结稳定期,并在冻结16 h时,20 cm土层附近含水率达到冻结期峰值;(4)地下水位越高,温差越小,冻结锋面向下迁移速率越慢,各层水分均明显增加,并且在中上层聚集。     

土壤渗流中渗透系数与液桥力关系研究

为了研究土壤渗流速度的动态变化过程,借助渗透率动态测试装置,监测渗透系数在不同水头作用下的变化趋势。采用计算流体力学与离散单元（CFD-DEM）数值分析方法,结合应用程序接口（API）二次开发功能,实现颗粒之间随着水分增加而产生液桥力的过程,分析颗粒之间的液桥力对渗流速度的影响。结果表明:不同水头下,测试的土壤渗透系数随着时间的延长而降低,相比于颗粒堆积方法分析渗流过程中渗透系数的变化情况,通过API加入液桥力,颗粒的粘结作用增强,渗透系数呈现与实验一致的变化过程,证明液桥力是导致渗流过程中渗透系数突然降低的一个影响因素。     

黄土中渗流水的运动特征研究

现代黄土所具有的结构非均质性是地质历史时期渗流水不断入渗作用的结果。以均质黄土试样为例,以孔隙比结构性参数m_p为指标,采用渗流槽实验装置研究黄土中水的下渗,对比分析了单点供水和多点供水情况下,非饱和均质黄土中渗流水的渗透运动特征以及垂向渗流与黄土结构参数之间的关系。研究结果表明,纵向渗流速度以1～4的倍比大于横向渗流速度,纵向渗流速度与横向渗流速度的比值越大,对黄土结构的影响越大,纵向渗流速度对现代黄土结构的成因贡献较大,但横向渗流速度的作用也不可忽视。     

基于非均匀性和分形维数的黄土优先流特征定量分析

该文以陕西泾阳南塬边坡黄土为例开展示踪剂试验,通过改进的优先流入渗深度和入渗量非均匀性系数,研究黄土优先流的入渗量、入渗深度、含水率、孔隙率、分形等参数的相互关系及其内在规律。结果表明:1)入渗量越大,优先流入渗深度的非均匀性越明显;2)初始含水率越高,优先流发育程度越低,而湿润锋迹线的分形维数越小;3)黄土孔隙率越大,优先流入渗深度的非均匀性越明显,且入渗深度值波动范围也相对较大;4)同一类型的黄土,其试验尺度大小对湿润锋迹线的分形维数没有明显影响;5)在0.5倍黄土优先流最大入渗深度范围内,分形特征值越大,优先流非均匀程度越强,优先流越发育;6)在没有明显优先流渗流通道情况下,90 mm地表灌溉水量,其最大入渗深度不超过120 cm。考虑正常蒸发和没有裂缝的前提下,地表灌溉水并不容易直接导致地下水位上升。由此推断,优先流在地表水向地下水转换过程中发挥着重要作用。同时,优先流对黄土滑坡的影响不容忽视。研究可为深入揭示黄土优先流渗流特征与黄土优先流滑坡的内在联系提供依据。     

含水率对非饱和原状黄土强度的影响

黄土地区修建的路堤、河堤和土石坝等工程大都位于地下水位以上,呈非饱和状态,且其受力处于平面应变状态。采用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对非饱和原状黄土在平面应变条件下进行了试验。试验结果表明,非饱和黄土的变形和强度随着含水率的变化呈显著变化,含水率越大,强度越小;土体的偏应力随着轴向变形的变化曲线皆为硬化或者强硬化型;但随着体积的变化土体的偏应力曲线出现明显的拐点;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小。含水率对工程的变形和强度影响比较大。     

不同地下水位下渠基冻胀规律与保温板适宜厚度确定

为探明河套灌区不同地下水位条件下渠基冻胀的差异,了解地下水位变化对渠基土壤水分迁移和力学性能的影响,该文通过建立不同地下水位冻胀试验平台并结合原型渠道,分析了不同地下水位对铺设不同厚度聚苯板的基土冻胀的影响,阐述了冻胀率和截面弯矩沿渠坡的分布规律,提出了不同地下水位下聚苯板适宜铺设厚度的理论计算公式。试验得出,每降低1 cm地下水位,基土冻胀量减小0.15 cm。当地下水位降低0.5~1.0 m后,削减冻胀率为71%~83.8%。地下水位下降有效阻止或延缓了土壤毛细水的上升,降低了0~30 cm土层的土壤水分,有效阻止了冻结锋面水分的迁移,减小了土体中冰夹层的形成,从而降低了土体的冻胀变形。并且,渠道的冻胀破坏部位随着地下水位的不同而发生变化。该研究可为北方季节性冻土区骨干渠道保温防冻胀技术研究提供科学依据和技术支撑。     

黄土滑坡体立体排水系统的三向渗流数值模拟

设置由排水隧洞及水平、垂直和倾斜方向的排水孔组成的立体排水系统，是降低黄土滑坡体地下水位线，提高滑坡体稳定性的有效方法，但其效果的计算分析是一难点。三向渗流数值模拟是解决这一个难点问题的有效方法。对渭河关中段西部一典型黄土滑坡体立体排水系统的三向渗流数值模拟表明，由于滑坡体内部土层结构的复杂性，室内试验得到的渗透系数不能很好地反映地层综合渗透性，需要根据实测地下水位进行反分析；排水孔的间距与位置对降水效果有极大的影响。     

水头压力对橡塑渗灌管渗水性能的影响（英）

对2种不同规格的橡塑渗灌管进行实验室渗水测试,考查水头压力对其渗水性能的影响。试验结果表明,在渗灌管初始渗水阶段,渗水速率迅速下降;在试验渗水压力范围内（0～70 kPa）,渗水速率与水头压力呈幂函数关系;2个试验样品的渗水速率变异系数在50～60 kPa区间的某一水头压力下分别达到最小值;结果表明,水头压力是影响渗灌管渗水速率和渗水均匀性的重要因素,管径较大的橡塑渗灌管渗水性能优于管径较小的渗灌管。