连续与间歇积水入渗对比试验研究

以黄土沟壑区典型黑垆土连续与间歇入渗对比试验为依据,分析了两者在入渗率、入渗量、水分再分布过程、湿润锋推进速度及推进深度等方面的差异,探讨了间歇积水入渗机理。     

雨水入渗非饱和土坡稳定性影响的参数研究

很多国家和地区的斜坡失稳与雨水入渗有密切关系,通过参数分析研究可以深化对这种关系的认识和理解,因而对滑坡灾害的预测和预防有重要意义。针对香港地区一种非饱和土斜坡,用有限元法模型雨水入渗引起的暂态渗流场,然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。计算中采用管伸的摩尔－库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,研究了降雨特征、水文地质条件及坡面防渗处理等地暂态渗流场和斜坡安全因数的     

气泡混合轻量土制作方法的试验研究

气泡混合轻量土是国外的一种新型土工材料,我国尚未开展系统研究和工程应用.研究通过开发研制一种可以在室内制作气泡的发泡装置和发泡剂,开展了气泡混合轻量土的制作研究.在此介绍它的工作原理以及气泡混合轻量土的室内制作方法,同时研究了气泡稳定性、气泡混入率和水灰比对气泡混合轻量土的收缩率的影响.     

对富东煤矿采空区积水特征及积水量的估算

富东煤矿井田内及相邻煤矿采（古）空积水对其煤层开采威胁较大,本文从垂向分布与平面分布上对富东煤矿采空区积水特征进行了分析,并估算了矿井内及影响其开采的相邻采空区及采空破坏区的积水量。     

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明：降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明：强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。     

气泡半径和含量对含气泡海水声波速度的影响

通过对含气泡的海水水体声波速度的研究,分析了气泡半径和含量对海水声波速度（声速）的影响。气泡半径与海水深度的关系为,随着海水深度变浅,气泡半径逐渐增大。声速与气泡半径的关系为：气泡含量很小时,随着气泡半径的增大,声速先逐渐增大,然后保持平稳,最后缓慢减小,且声速变化幅度较小;气泡含量逐渐增大时,随着气泡半径的增大,声速都逐渐增大,且气泡含量不同,声速变化范围不同。声速与气泡含量的关系为：气泡含量较小时,气泡含量增加,声速逐渐减小;气泡含量较大且气泡半径小于临界半径时,气泡含量增加,声速逐渐减小,气泡半径大于临界半径时,气泡含量增加,声速先减小后逐渐增大,并且在气泡含量逐渐增大的不同阶段,声速的变化范围不同。     

含碎石土壤水分入渗试验研究

采用一维积水垂直入渗法测定含碎石土壤的入渗过程,分析碎石含量和碎石组成对土壤水分运动影响。对试验数据采用Kostiakov入渗公式拟合,得出反映入渗速率的拟合参数比值与土石比成幂函数关系;采用简略的Philip垂直入渗方程幂级数解拟合湿润峰随时间的变化,拟合精度高,并发现拟合参数与土石比仍成幂函数关系。采用简单相关分析碎石粒径对入渗过程影响,得出粒径2~3 mm碎石与入渗过程成显著的负相关关系,而>25 mm碎石有利于入渗。研究结果可为含碎石土壤的水循环提供重要的基础。     

潜水的降雨入渗补给模型研究

根据土水势能原理,在试验、监测资料基础上,建立活塞武、扩散式两种入渗补给模型和单一入渗、单一蒸发及入渗蒸发三个子模型,与此相应地建立了积水模型法,表面通量法,毛细带上缘通量法和零通量面法的数学模型,描述入渗补给的时、空变化过程,计算降雨入渗补给量,从土水势能观点提出降雨入渗补给的物理机制,并在实际应用中得到了证实。     

陕北沙漠滩区降水入渗机理试验研究

本文通过对陕北榆林西沙地下水均衡试验站降水入渗资料的分析，基本探明了该地区降水入渗机理，这对该地区地下水的开发利用有着重要的指导意义。     

紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响

为探究紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响因素,通过室内模拟土柱入渗试验,采用一维垂直水头法研究2种砾石粒径（10~20 mm、20~76 mm）和5种砾石含量（0%、10%、20%、30%和40%）分别与累积入渗量、入渗特性和湿润锋进程之间的关系。利用Horton方程和Philip公式验证入渗特性,以及幂函数拟合湿润锋进程。结果表明:① 在相同砾石粒径下,累积入渗量随着砾石含量的增加而减小;对于20~76 mm粒径砾石夹层,20%砾石含量及以上含量对水分入渗的阻碍程度相似。② 当砾石粒径相同时,初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率都随砾石含量的增加而减小;当砾石含量相同时,大粒径砾石夹层的初始入渗率大于小粒径砾石夹层。③ 砾石粒径大小与其对湿润锋的阻碍程度呈负相关。④ Horton方程对累积入渗量变化规律的验证效果要优于Philip公式;幂函数能较好地模拟含砾石夹层土壤中湿润锋的进程。     

土壤中空气对土结构和入渗过程的影响

分析了土壤表面积水入渗过程中压缩气体对土体结构的影响理论,并通过二维土柱入渗试验对其进行了分析及验证。在积水深度为2.8 cm的条件下,对2个初始含水量、3个孔隙率下的土柱进行了试验,测量出其在试验过程中的气体压力和入渗量,并同时观察土体结构的变化。理论和试验结果表明,气体出现突破之前,土壤内气体压缩产生的气压对湿润区土体的顶托作用会破坏土体的平衡,从而在湿润锋处产生水平裂缝,破坏入渗土体的连续性。试验还发现,入渗过程中土体结构变化大小受土壤初始结构和含水率的影响,初始结构越牢固、含水量越大,结构和气压变化越小,根据结构变化不同,可以划分出两种不同的试验过程。同时入渗土体内出现裂缝时,气压的减渗作用尤为显著,甚至会导致试验过程的停止。     

斥水性土壤水分入渗试验和模型

为研究斥水性土壤水分入渗规律,并探寻适用于斥水性土壤水分入渗的数学模型,以妫水河流域亲水性和斥水性土壤为研究对象,开展室内一维垂直土柱入渗试验;分别采用Kostiakov分段函数、Fourier级数、一阶Gaussian函数以及Gaussian分段函数对斥水性土壤入渗率进行拟合。试验结果表明:亲水性土壤入渗率随时间呈单调减小变化趋势,斥水性土壤入渗一段时间后累积入渗量会出现翘尾现象,入渗率为先增大后减小的单峰曲线。模型图形分析表明: Kostiakov分段函数入渗率在拐点处同时存在一个极大值和极小值,Fourier级数存在多个波峰,一阶Gaussian函数不能反映入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象,因而均难以真实反映斥水性水分入渗过程。忽略水分开始快速入渗过程,Gaussian分段函数模型不仅能够反映入渗率在拐点前的单调增以及拐点后的单调减过程,同时也能够体现入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象。     

Effects of entrapped residual air bubbles on tracer transport in heterogeneous soil: Magnetic resonance imaging study

Magnetic resonance imaging (MRI) was used to study the process of infiltration and solute transport in an undisturbed soil sample of coarse sandy loam. The sample was subjected to the recurrent ponded infiltration (RPI) experiment, which was carried out in order to assess the changes in the entrapped air volume and its impact on steady state flow rates and solute breakthrough. The main stages of the first and second experimental RPI runs were monitored using an MRI sequence that follows both water density and magnetic relaxation. In a steady state stage of each experimental run a nickel nitrate pulse was injected in order to visualize the solute breakthrough. Effluent from the sample was collected for chemical analysis and a breakthrough curve of the nickel was constructed. To obtain information about the soil structure and to reveal potential preferential pathways, the soil sample was scanned using computed tomography. The local nickel ion transport breakthrough was evaluated from MR images in a series of local observation points distributed along the selected preferential pathways.The preferential flow instability phenomenon with the emphasis on air bubble formation was shown by detecting a 60% decrease of the steady state infiltration rate. The detailed analyses of MRI measurements at observation points revealed air bubble formation, producing a flow rate decrease accompanied by redirection of nickel ion transport trajectories. By analyzing M0 maps it was found that the volumetric water content decrease was 2.2%.     

基于自然电位方法的土壤水分入渗过程监测

自然电位方法可以应用于水文地球物理领域获取土壤水分入渗特征.通过连续监测野外试验场的自然电位场,获取连续的自然电位平面图,直接获知了土壤水分在平面上的主要入渗区域,同时借助自然电位成像方法,揭示了土壤水分的两个主要通道,并探测出两个地下孔洞的位置,最终在地质雷达剖面图的辅助下证实了上述结论,为水文地球物理领域提供了新的技术手段和方法.     

地表水入渗对垃圾填埋场水质水量影响的数值模拟分析

将填埋垃圾视作一种特殊土体,建立了综合描述垃圾填埋场内渗滤液水分的饱和-非饱和渗流、垃圾土体沉降变形、有机污染物的释放、迁移、转化,以及微生物的生长、衰减等物理化学过程的多场耦合仿真分析模型,将任意的Lagrangian- Eulerian（ALE）方法引入到模型求解中,基于自行开发的仿真分析程序,开展了地表水入渗对垃圾填埋场水质、水量影响的数值仿真分析研究。模拟结果表明：300 d的非饱和水分入渗及内源水产生可使填埋单元内渗滤液饱和液面最高达6 m;地表水入渗对水相可溶性可降解有机物浓度和厌氧微生物浓度具有显著的影响,并间接地影响固相可溶性可降解有机物和微生物的浓度分布。     

土壤水分运动空间变异性尺度效应的染色示踪入渗试验研究

探讨了土壤水非均匀流动特性和描述方法,通过染色示踪剂调查了三种试验尺度条件下非均匀流动模式,并采用随机层叠模型对不同实验尺度条件下非均匀流动模式进行了模拟。随机层叠模型中具有对数正态分布性质的随机层叠发生器被用来描述水流入渗过程,不同的方法被用于模型参数求解。试验观测和模拟计算结果均表明,尺度特性是非均匀流动的重要影响因素之一,准确的描述不同研究尺度下的非均匀流动特征,须同时考虑流动在水平和垂直方向的变异性。随着研究尺度的增加,流动的非均匀性变异程度更加明显。     

高速远程滑坡裹气流态化模型试验研究

为分析高速远程滑坡运动过程中碎屑流的裹气流态化特性,以汶川地震触发的谢家店子滑坡为原型,运用自行设计的流化床试验装置,开展了一系列高速远程滑坡碎屑流裹气流态化特性的试验研究。结果表明：(1) 对于颗粒粒径变化范围广(0.1～7 mm者均有)、颗粒形状极不规则、且底部细颗粒含量高的类滑坡碎屑,其床层压降随着供风量的增加并非呈线性增长趋势,而是表现出明显的气泡控制性特征,随堆积体内部气泡和气垫层位置的不同,堆积体各部位床层压降相差较大;(2) 当供风量较低时,碎屑堆积体整体稳定性较好,在堆积体表面仅可见有限气体逸散孔的分布;当供风量达到一定值后,堆积体内部流态化特性增强,可见砂质密云、气孔、纵向脊等一系列与高速远程滑坡实例中相类似现象的出现;(3) 对于滑坡类不规则颗粒,其间容易形成架桥现象,增强碎屑流整体稳定性,使气流不易扩散,在堆积体下方形成高压气垫层,产生空气擎托现象。     

大降雨条件下气压力对边坡稳定的影响研究

对于大面积浅层风化土边坡,当下部含有浅水位或不透水基岩层时大降雨将导致下部气体被封闭。随着湿润峰的下移,气压不断增大。封闭气压力不仅降低了雨水在边坡土体的入渗率,而且对边坡的稳定有显著影响。通过分析封闭气压力的形成和相关理论,提出取 大小的气压力头来研究边坡的稳定性（Hc为一水头值,与土体孔隙尺寸分布有关; hd为土体进气值水头）。结合非饱和土的Mohr-Coulomb破坏准则和极限平衡法,将封闭气压力引入到边坡的稳定分析中,建立了考虑气压力影响下的稳定分析模型。与传统的不考虑气压力的稳定分析方法作对比,提出了气压力影响率概念。研究表明,封闭气压力显著降低了边坡的安全系数,传统的无限边坡稳定计算方法偏于危险。研究结果对无限边坡的强降雨安全预报具有较好的指导作用。     

电压对一维电渗排水影响的试验研究

在自制的模型箱中进行一维电渗排水试验,通过监测排水量、电势分布、含水率和电流来研究不同电源电压对电渗排水的影响。试验结果表明：较大的电压会导致排出单位体积水所需的能量消耗较高;较大的电压和较短的电渗时间会导致土体含水率分布异常,两极中间最高,阳极附近最低;排水量的逐渐减小是因为电极接触电阻的增大和电渗渗透系数的减小;电极和土体接触面上存在的接触电阻使得实际用于电渗的电压小于电源输出电压,而且电源电压越大,阳极接触电阻随电渗时间增加的速率越快,但是阴极接触电阻在高电压时缓慢增长,在低电压时迅速增大,而这与电渗排水速率有关。