层状土重力释水机制初步探讨

地下水位下降时,土体中粗细不等的孔隙通道释水不同步而在细孔隙中形成悬挂毛细水,这是重力疏干释水减量与滞后的一个重要原因。文中用模型解释了孔隙通道大小愈悬殊,水位降速愈大,均质土给水度愈小,释水愈滞后的原因。分析了层状土中给水度与水位变动带及毛细水带的岩性,厚度及其配置情况,以及水位下降速率的关系。     

土壤释水性和给水度数值模拟的初步研究

饱和土壤在重力作用下通过自由流出的方式排出水分的能力(包括土壤可以释放的水量和释水速度等)一般常称为土壤释水性。从单位体积的饱和土壤中可以释放出来的水的体积,或地下水发生单位水头下降时土壤所能释放出来的水层厚度,叫做土壤的给水度。给水度是表征土壤释水性的主要指标。土壤的给水度是排水工程设计的基本参数,是地下水资源评     

对无压含水层重力给水度降速效应的探讨

岩石所能释放出的总水量称为完全给水度。并认为完全给水度与水位埋深有关,只有在重力给水度(以下简称“给水度”)是无压含水层水资源评价中最重要参数之一。近年来不少学者从土体释水机制分析、室内试验及数值模拟等不同角度进行研究,给山相应的给水度定义,已使人们对给水度的认识大大深化。本文谨从土体     

基于土柱排水实验探讨潜水含水层给水度的影响因素

给水度是重要的水文地质参数之一,为探讨潜水含水层给水度的影响因素,设计均质粗砂、均质细砂、上细下粗、上粗下细4种土柱的排水实验,按照一定间距分段降低地下水位,每段降深设计不同排水时间,求取不同水位埋深的给水度.当地下水位埋深小于支持毛细水高度,给水度受地下水位埋深影响显著,其关系可以用非线性函数来表示.排水时间越长,给水度越大,当土柱分段排水时间超过1 h,给水度值稳定.0.6~0.9 mm粒径的粗砂给水度大于0.2~0.4 mm的细砂;当地下水位在土层分界面下20 cm时,上细下粗土柱给水度显著增大,上粗下细土柱给水度显著减小.给水度的大小与地下水位埋深、排水时间、岩土颗粒和潜水面附近及之上非均质结构等因素有关.      

给水度合理取值的研究—以黄土给水度取值为例

给水度μ值乃是地下水计算和水资源评价中一个十分重要的常用参数,它的正确取值一直在被研究,本文介绍了作者通过黄土地区开展实地测试获得的有关最新成果,介绍了利用中子水分仪等设备,揭示的含水层释水过程和给水度变化过程,剖析了该过程的内在机理,发现了过程给水度μｔ值与时间呈双曲线变化的规律,进而推出了反映该规律的相应公式。在测得含水率变化的基础上,利用谝式便可解决给水度的合理取值问题。     

给水度的野外试验

给水度表征岩体容蓄或排出重力水的能力。潜水含水层中,在重力作用下,饱和岩体自然排出的水的体积与岩体体积之比称重力给水度,在数值上等于饱和含水率与田间最大持水率之差。     

用潜水蒸发经验公式计算给水度问题的分析

给水度是指从饱水岩石(土)中,在重力作用下自由流出水的体积和饱水岩石(土)的体积之比。它是一个无量纲系数,也是浅层地下水资源评价中基本的含水层参数。因此,给水度测定方法和计算的研究,已引起人们广泛的重视。 目前国内外确定给水度的方法主要有室内和室外两种。室外方法对于区域性的地下水资源评价较为实用。而在抽水试验法和地下水动态资料分析确定给水度的方法中,应用潜水蒸发经验公式的方法广为流行。因此,近三、四年来不少省和地区的地下水     

关于给水度的定义

本文针对目前给水度的几种不同定义，提出了地下水存在形式除已有类型外还应该有弹性水，并从理论和实质上分析了给水度的释水机理及其隐含意义，论述了毛管水、弹性水和重力水的变化应分别采用相应的参数容水度、贮水率和给水度，并分析了它们之间的关系，从而进一步地明确了给水度的定义。     

给水度的概念、定义及包气带的水份分布模型

关于给水度的定义基本上有下列两种:“饱和容水量与最大分子容水量的差值;饱水岩土在重力作用下释出水的体积与岩土体积之比。第一种定义是不恰当的。因为饱水岩土受重力作用释放水时,在任何情况下都不可能释放到仅仅剩下薄膜水。因此,这一定义从六十年代以来,人们就不采用了。后一定义避免了前一种定义的缺陷。但是“饱水岩土在重力作用下排水”是岩土从饱水状态转变为非饱水状态的过程,然而此种定义并没有反映包气带的持水特征或含水率分布特征。因此该定义必     

管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟

为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。     

零通量方法原位测定给水度

本文简略介绍了零通量面（ＺＦＰ）方法原位测定给水度的原理、计算,并给出了在银北平原江南试区人工调控地下水位条件下和天津万军套洼试点天然条件下应用ＺＦＰ方法原位测定给水度的具体实例。结果表明,给水度测定值与测参历时有关,对单一岩性而言,其值逐渐增大,经过相当时间后将趋于某一稳定值,其原因是非饱和带释水存在滞后作用,所以它也是反映不同释水过程的一个参数,其值是在一个范围内变化。另外给水度测定值与包气带及潜水位变动带的岩性有关,土层质地越粘重给水度值越小,包气带释水的滞后作用影响越明显。同时,潜水位降落的起始位置不同对多层地质结构的给水度测定值影响也不同。而且给水度的测定值还与潜水埋深及包气带土壤剖面初始含水量有关。     

非饱和土壤水分函数解析与Richards方程入渗新解

从土壤微观统计学角度出发，用各向均一无结构土壤“切片”孔径级配函数构建的统计毛管束模型和土壤水分分布依赖的力学原理，论证了理查兹方程中导水率、基质势、扩散率等水分函数和入渗率随充水度，土壤基质而变的机理、规律以及两者之间的内在联系，给出了相应的计算公式和可操作的参数确定方法。把迄今水分函数研究的纯经验相关现状提高到理论分析水平，使建立理论公式成为现实。     

Elastic consolidation around a point sink embedded in a half-space with anisotropic permeability

The complete solution is presented for the transient effects of pumping fluid from a point sink embedded in a saturated, porous elastic half-space. It is assumed that the medium is homogeneous and isotropic with respect to its elastic properties and homogeneous but anisotropic with respect to the flow of pore fluid. The soil skeleton is modelled as a linear elastic material obeying Hooke's law, while the pore fluid is assumed to be incompressible with its flow governed by Darcy's law. The solution has been evaluated for a particular value of Poisson's ratio of the solid skeleton, i.e. 0.25, and the results have been presented graphically in the form of isochrones of excess pore pressure and surface profile for the half-space. The solutions presented may have application in practical problems such as dewatering operations in compressible soil and rock masses.     

考虑重力侵蚀影响的分布式土壤侵蚀模型

黄土高原地区的土壤侵蚀具有水力侵蚀和重力侵蚀相伴发生的特点,在大多数针对黄土高原的侵蚀模型研究中未考虑重力侵蚀的影响,使得模型的模拟精度较差。针对黄土高原的侵蚀特点,采用量化影响重力侵蚀发生的主要因素,确定重力侵蚀发生的具体沟道栅格单元的方法,从而考虑了重力侵蚀对产输沙过程的影响。所建立的分布式土壤侵蚀模型以逐网格汇流的水文模型为基础,采用逐网格侵蚀输沙的模拟方式,能够模拟上方来水来沙对侵蚀输沙的影响。经小理河流域实测资料验证,模型具有一定的计算精度。     

内蒙古鄂尔多斯西北土壤水流动示踪实验及自流井群补给源讨论

降水模拟实验证明,鄂尔多斯北部沙土层单次降水入渗最大深度小于1 m,降水在土壤中受到蒸发后排泄到大气中。实验证实,只有当土壤含水率达到最大田间持水率,吸附在土颗粒表面的薄膜水才能克服电磁引力转化为重力水,在重力的作用下继续下渗。鄂尔多斯北部的年降水量小而蒸发量大,降水入渗土壤不能形成累积效应,无法形成连续下渗的重力水流。同位素示踪分析表明,土壤水主要来源于地下潜水,结合土壤含水率与TDS分析证实,地下水是通过薄膜水与蒸发-凝结方式补给到土壤水中,薄膜水从高温区向低温区流动,对于等温的薄膜水而言,薄膜水从厚层向薄层流动。同位素分析表明,都思兔河流域的河水、泉水、井水、湖泊、土壤水接受相同的外源水补给。鄂尔多斯盆地降水比地表水与地下水明显富集重同位素,不符合补给区降水同位素特征。鄂尔多斯盆地地下水分水岭与基底断裂带重合,据此推断,外源水以深循环方式通过基底断裂带补给鄂尔多斯盆地,在干旱地区形成自流井群。     

大坝运行对水库消落带土壤环境影响研究进展

水库消落带土壤环境对水库水位变化的响应非常明显。通过分析大坝运行下水库消落带土壤理化性质、重金属、微生物特性和土壤侵蚀变化特征,总结水位波动对消落带土壤性质的影响过程与趋势。研究表明水库消落带土壤历经长时期干湿交替过程后,其物理性质发生较大改变,但具体变化过程和趋势仍存争议。土壤化学性质中,碳、氮和磷元素迁移转化趋势明显,但各不相同。土壤重金属元素时空分异特征改变。土壤微生物总体上呈减少趋势,并且在海拔梯度上差异显著。土壤侵蚀是消落带面临的主要环境问题。未来应采用物理模型方法,定量分析水位与土壤性质相关关系,并加强对西南高山峡谷区高坝大库消落带的研究。     

压力控制的圆孔扩张数值模拟分析

受沉积历史的影响,实际工程中土体的初始应力往往呈各向异性,此时传统圆孔扩张理论的假定条件不再成立,故其适用性也受到限制。借助于FLAC有限差分数值软件,建立了以压力为圆孔扩张边界的二维圆孔扩张模型,从圆孔的变形、孔周土屈服范围、圆孔扩张产生的超静孔水压力分布等方面进行分析,获得在初始应力各向异性的条件下压力控制圆孔扩张过程土体响应规律。计算分析结果表明,初始应力各向异性时,压力控制的圆孔扩张孔口径向位移、塑性区分布、超静孔隙水压力影响范围各个方向不相等;塑性区的分布具有明显的方向性,塑性区最大半径位于孔周土体初始大主应力方向上,并且其值比在相同的扩张压力作用下各向同性初始应力条件下的塑性区半径大,因此传统的初始等应力条件下位移控制的圆孔扩张理论用于分析各向异性初始应力的工程是偏于不安全的。     

冻融作用下岩石力-热-水耦合本构模型研究

在寒区隧道工程中,冻胀的水分迁移作用加剧了隧道围岩的冻融破坏。耦合水分迁移作用的岩石本构模型对防治冻融渗漏、崩塌等隧道围岩灾害有着重要意义。基于内状态变量理论,将冻胀过程中的水分迁移量作为本征变量引入Helmholtz自由能,在热力学框架下建立了一个岩石力-热-水耦合本构模型。模型描述了温度和水分迁移对冻融后岩石损伤阈值、等向强化饱和值、等向强化速率等力学参数的影响。模拟了岩石冻融后力学性质的劣化。区别于全量经验公式,本模型以增量形式给出,为复杂应力历史条件下的数值模拟提供了便利。通过将模型模拟曲线与冻融后岩石常规三轴压缩试验曲线进行对比,初步验证模型的可靠性,为实际寒区工程的冻胀破坏预测提供参考。     

A unified mechanical and retention model for saturated and unsaturated soil behaviour

The coupled mechanical and water retention elasto-plastic constitutive model of Wheeler, Sharma and Buisson (the Glasgow coupled model, GCM) predicts unique unsaturated isotropic normal compression and unsaturated critical state planar surfaces for specific volume and degree of saturation when soil states are at the intersection of mechanical (M) and wetting retention (WR) yield surfaces. Experimental results from tests performed by Sivakumar on unsaturated samples of compacted speswhite kaolin confirm the existence and form of these unique surfaces. The GCM provides consistent representation of transitions between saturated and unsaturated conditions, including the influence of retention hysteresis and the effect of plastic volumetric strains on retention behaviour, and it gives unique expressions to predict saturation and de-saturation conditions (air-exclusion and air-entry points, respectively). Mechanical behaviour is modelled consistently across these transitions, including appropriate variation of mechanical yield stress under both saturated and unsaturated conditions. The expressions defining the unsaturated isotropic normal compression planar surfaces for specific volume and degree of saturation are central to the development of a relatively straightforward methodology for determining values of all GCM parameters (soil constants and initial state) from a limited number of laboratory tests. This methodology is demonstrated by application to the experimental data of Sivakumar. Comparison of model simulations with experimental results for the full set of Sivakumar’s isotropic loading stages demonstrates that the model is able to predict accurately the variation of both specific volume and degree of saturation during isotropic stress paths under saturated and unsaturated conditions.