一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

非饱和土中黏粒含量对水分迁移规律的影响研究

为了研究土体在非饱和状态下土壤水分的运移规律,通过室内试验,利用马氏瓶供水,研究土壤水分在不同黏粒含量的非饱和土中入渗特征。该试验对水分入渗特征研究包括两方面:一方面是研究不同黏粒含量土壤结构条件下水分随入渗时间的变化,另一方面是同一时间段内黏粒含量与表征水分入渗的相关参数的关系。结果表明:(1)Philip土壤水分垂直入渗公式在半无限均质土壤及初始含水率分布不均匀、无薄层积水条件下仍适用;(2)试验揭示了水分受黏粒含量的影响在灌溉模型中的累积入渗量、吸渗率与稳定入渗率、湿润锋及湿润锋速和在同一截面处随时间的变化规律及在土壤各截面处的发展趋势。     

粉粘土夹层对砂的减渗规律试验分析

对高渗透性砂内部的低渗透性粉牯土夹层的减渗作用进行了室内垂直一维人渗试验研究.通过分析累计人渗量I、累计人渗时间t、湿润锋推进距离z之间的关系,定性阐述了粗砂中的粉粘土夹层的减渗作用,其结果表明:粗砂中的粉粘土夹层使水的入渗率和湿润锋的推进速度明显减小,并且将均质中的非线性入渗过程变为夹层内的线性入渗过程,使夹层范围的人渗成为一个具有较小入渗率和较小湿润锋推进速度的稳渗阶段.     

基于Hydrus-2D的负压灌溉水分动态模拟

负压灌溉是一种新型的节水灌溉技术,其灌溉过程中无需外界提水加压,利用土壤吸力自动从高程低于灌水器的水源中吸收水分,以补充作物和土壤蒸散发失去的水分。运用Hydrus-2D软件模拟研究土壤质地对负压灌溉水分运移的影响,分别对沙壤、壤土、黏壤土和黏土4种不同土壤质地进行模拟,分析土壤质地对湿润锋、土壤含水量和灌水量三方面的影响。结果表明:沙壤土因土壤含水率较低、水分下渗较快、保水能力差而不适宜采用负压灌溉系统,壤土、黏壤土和黏土保水能力较强,土壤含水率较高,湿润锋分布均匀,较适宜采用负压灌溉系统。     

不同质地土壤对梯形渠道渗漏的影响

梯形渠道是目前国内最常用的灌水渠道,通过分析不同质地土壤对渠道渗漏的影响,可以为灌区灌水利用效率、渠道防渗效果评估、灌区规划设计等方面提供理论依据。采用室内实验法,对不同质地土壤在梯形渠道中的累积入渗量、入渗率及湿润锋运移进行研究。结果表明：土壤的累积入渗量最大,而湿润锋的迁移距离最远,土壤入渗速度最快;黏壤土初始入渗速度较慢,入渗速率曲线随入渗时间的增加而减小,且随入渗时间的增加而趋于平稳,而湿润锋运移距离较短,累积入渗量最少。在农田输水渠道建设中,应尽量选择黏壤土,这样才能有效地降低灌溉渠道的渗漏。另外,还可以在沟渠四周栽植一些深根系植物,将渗漏的水量输送到灌溉作物中,从而增加了排水的利用率。     

毛管水对粉性土强度的影响

1引言毛管水在某些特定条件下对土体的强度有一定的影响,本文旨在分析毛管水对粉性土抗压抗剪强度的影响。研究对象粉性土包括极细砂、砂壤土、轻粉质壤土、粉砂和粉土等土类,其砂粒含量小于30%,粘粒含量小于15%;渗透系数k=1×10-2～     

基于水势差驱动出流机制的微润灌水分运动模型构建及模拟

为研究微润灌土壤水分入渗特征和不同影响因素对其影响规律,基于微润管出流机理,采用HYDRUS-2D软件构建了微润灌土壤水分运动模型。利用室内试验实测数据验证了模型的准确性,参数敏感性分析表明模型模拟结果对微润管的形状和水力特征参数敏感度较低。不同情境模型模拟结果表明:微润灌下水分主要集中在管附近;土壤质地越黏重,微润灌湿润范围和湿润锋运移速率越小,湿润体水分分布等值线图越接近于同心圆;工作压力水头越高,湿润范围和湿润锋运移速率越大,且管附近土壤饱和度越高,但200 cm工作压力水头下土壤不易达到饱和;微润管埋深显著影响湿润体的位置和湿润锋到达上下边界的时间,但在湿润锋到达边界之前,其对微润管出流量和湿润锋运移速率影响不大。本研究可为微润灌系统设计管理优化和该技术的进一步推广应用提供参考。     

持续降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响

为探索黄土边坡在持续降雨条件下的入渗规律及其对边坡稳定性的影响,采集陕北治沟造地工程中开挖边坡的土样,在室内模拟土体垂直方向一维降雨积水入渗过程,观测分析土体含水率的变化和湿润锋运移特征,研究含水率变化对边坡土体抗剪强度的影响。根据降雨积水入渗试验得到的不同时刻土体饱和区分布情况,结合饱和区土体重度、黏聚力、内摩擦角的具体数值,采用FLAC3D岩土工程数值计算软件分析了持续降雨条件下边坡的安全稳定性以及潜在滑动面的变化情况。研究结果表明:在降雨积水入渗条件下,浅层土体中湿润锋运移速度较快,随着深度增大,湿润锋运移速度逐渐减缓;当湿润锋到达时,不同深度土体含水率均呈现先陡升再趋于平缓上升的变化规律,土体的饱和度可达到80%。降雨入渗使土体的抗剪强度显著降低,随着降雨历时的增加,边坡土体中的饱和区域增大,土体局部的剪切变形增大,进而局部发生塑性变形逐步扩展形成剪切带,从而导致滑坡。因此,黄土边坡应设置排水措施,避免降雨入渗引发滑坡等自然灾害。     

膜孔肥液多向交汇入渗湿润体特性 试验研究

通过室内膜孔肥液多向交汇入渗试验,研究了肥液入渗下湿润锋的运移特性,建立了湿润锋运移距离与入渗时间的经验模型。试验显示,交汇界面处的垂直湿润锋运移速率大于膜孔中心处垂直湿润锋运移速率;膜孔多向交汇入渗交汇界面的湿润锋形状近似于半椭圆型,并建立了湿润锋形状的纵剖面方程,研究了湿润体内土壤含水率的分布规律。研究成果可为进一步进行膜孔灌溉技术研究提供参考。     

新疆棉田多点源滴灌条件下土壤水分运移特性试验研究

在新疆棉田轻质壤土条件下,进行了多点源滴灌土壤水分运移规律试验.研究发现使用滴头流量1.2L/h、1.38L/h或2.0L/h、3.0L/h的滴灌带时,地表饱和区半径分别在滴水4h、3h左右达最大20-25cm;土壤径向湿润锋和垂向湿润锋可分别用幂函数和线性函数来估算,径向和垂向湿润锋与灌水量的关系均可用幂函数来描述.棉田滴灌系统设计和运行时,尤其在棉花苗期补水时,单次灌水持续滴水时间不应小于8h,且选择的滴灌带滴头流量范围应在1.2―2.0L/h之间,这对提高棉籽发芽率,有效减小或避免深层渗漏具有重要意义.     

铁谢——神堤河段地层土体特性及滩岸稳定分析

在铁谢—神堤河段选择典型部位开展了土体物理力学特性试验,同时探讨了不同含水率状态下土体力学特性的变化规律,并对滩岸稳定性进行了初步分析。结论认为:①粉质黏土、粉质壤土、砂壤土、细砂、中砂、粗砂的摩擦角、干密度均呈依次增大的趋势,压缩系数、液限含水率、孔隙比、天然含水率均呈依次减小的趋势;②土体含水率发生变化时,土体的状态随之而变;③滩岸边界特性、土层结构、水流条件和河床冲淤演变特性等在滩岸崩塌过程中起到了重要的作用,而且这些影响因素在不同时期所发挥的作用也不同。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

Effects of aluminium water treatment residuals, used as a soil amendment to control phosphorus mobility in agricultural soils

Phosphorus (P) leaching from agricultural soils is a serious environmental concern. Application of aluminium water treatment residuals (Al-WTRs) at a rate of 20 Mg ha(-1) to clay soils from central Sweden significantly increased mean topsoil P sorption index (PSI) from 4.6 to 5.5 μmol kg(-1) soil. Mean degree of P saturation in ammonium lactate extract (DPS-AL) significantly decreased from 17 to 13%, as did plant-available P (P-AL). Concentrations of dissolved reactive P (DRP) decreased by 10-85% in leaching water with Al-WTR treatments after exposure of topsoil lysimeters to simulated rain. Soil aggregate stability (AgS) for 15 test soils rarely improved. Three soils (clay loam, silty loam and loam sand) were tested in greenhouse pot experiments. Aluminium-WTR application of 15 or 30 ton ha(-1) to loam sand and a clay loam with P-AL values of 80-100 mg kg(-1) soil significantly increased growth of Italian ryegrass when fertilised with P but did not significantly affect growth of spring barley on any soil. Al-WTR should only be applied to soils with high P fertility where improved crop production is not required.     

水泥土搅拌粉喷桩施工中基坑局部冒水原因分析及处理措施

为揭示某泵站水泥土双向搅拌粉喷桩在施工过程中局部地表形成冒水空洞的原因,采用高密度电法和静力触探法对空洞及周边部位进行补充勘测探查,并采取埋设排气管和压密注浆措施进行处理。结果表明：穿堤涵第4-5节地层含砂量较大,局部有粉砂、砂壤土夹层或透镜体夹层,随着喷粉压力在粉砂性土夹层中蓄积、连通,在地表相对薄弱环节集中排泄,形成地面集中冒水点,带走土颗粒,形成冒水空洞。在冒水点附近埋设排气管和压密注浆处理后效果较好。研究成果对类似地层水泥土双向搅拌粉喷桩地基处理具有一定的借鉴意义。     

干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响

以大连地区典型粉质黏土为研究对象,对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结不排水三轴剪切试验。通过对各组试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明:干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关,历史干燥应力越大,土体在饱和条件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下,干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要高,历史干燥应力越大,初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加,干湿循环试样的应力-应变曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,有效应力路径逐渐由"S"型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展,进而影响土体的饱和力学特性。     

土壤水分特征曲线模型对数值模拟非饱和渗流的影响

土壤水分特征曲线直接影响非饱和渗流场压力水头和含水率的预测结果。Brooks-Corey模型和van Genuchten模型是目前运用最广泛的土壤水分特征曲线模型。本文给定三种不同质地土壤(粘土、砂土和砾石)的BC模型参数,根据Morel提出的BC模型与VG模型等价的参数关系计算出VG模型参数。采用上述两模型分别对这三种土壤进行了均质土柱的入渗过程模拟。两种模型的计算结果有一定差别。三种土壤土柱的VG模型湿润锋推进速度都比BC模型大。由于粘土的初始含水率接近饱和,BC模型和VG模型的渗流场差距最大。粘土土柱上表面压力水头的变化幅度BC模型小于VG模型,而含水率的变化幅度BC模型大于VG模型。砂土和砾石土柱上表面压力水头和含水率的变化幅度都为BC模型大于VG模型。砂土土柱BC模型和VG模型的渗流场差距随入渗时间的持续而加剧。     

含砂量对黄原胶复合黏性土抗裂和抗冲刷性能的影响

为增强黏性土的抗裂和抗冲刷性能,对掺加不同含量砂土的黄原胶复合黏性土开展了一系列室内蒸发、干缩开裂和抗冲刷试验,通过测算试样含水率和土体抗冲刷系数,结合图形分析软件定量分析了土体表层裂隙的发育情况,以研究复合黏性土体内部水分变化规律及其抗裂和抗冲刷性能。结果表明：随着黏性土中砂土颗粒的掺入,试样的裂隙率、裂隙宽度和受冲刷破坏程度呈现先增大后减小的趋势;当含砂量为30%时,素土及黄原胶复合试样的裂隙率、裂隙宽度和受冲刷破坏程度均为各含砂量下的最大值;当含砂量为50%左右时,对于黄原胶复合黏性土,黄原胶胶体与砂土颗粒形成具有一定强度的稳定结构,其抗冲刷性能得到显著提高。     

Modeling Transient Evaporation from Descending Shallow Groundwater Table Based on Brooks–Corey Retention Function

In arid and semi-arid regions a large amount of rainfall and irrigation water that enters into the soil is lost through soil surface via evaporation. In such regions, there are some areas with shallow groundwater table, evaporating huge amounts of water and accumulating salts at the soil surface. Thus, the evaporation phenomenon not only is responsible for water loss but also is a major reason for soil salinization. The objective of this study was to develop and verify an analytical model for one dimensional transient unsaturated upward flow from water table to soil surface. Consequently, an analytical solution was developed based on the Richards equation with initial and boundary conditions governing evaporation phenomenon. The parametric Brooks and Corey retention function was used to describe water status in the vadose zone. Based on the proposed model, the saccumulative evaporation is estimated as function of water table drawdown and soil retention parameters. To collect the data required for model verification, nine large lysimeters were constructed and packed with sandy loam, silty clay loam, and silty clay soil textures. The results indicated reasonable agreements between the experimental data and those predicted with the proposed model. Although the overall predicted results were well resemble the real conditions, there were some underestimations for a certain period. This can be attributed to evaporation from side gap of columns, upward flow due to vapor phase movement of moisture, and the collapse of macropores resulting from soil packing.     

Investigation on the lateral anti-seepage capacity of a vertical soil sand layer (VSSL) in a sunken lawn

The use of a sunken lawn is an emerging Low Impact Development (LID) technique to effectively control storm runoffs. However, the random infiltration of rainwater that occurs due to the construction of a sunken lawn in an area of collapsible loess seriously threatens the safety of buildings around it. Setting up a vertical soil sand layer (VSSL) structure next to a sunken lawn as an anti-permeate method has been proposed in this study. To analyze the lateral anti-seepage effects of a VSSL, a sunken lawn model around a building was established based on soil physical parameters, and water seepage in the sunken lawn was investigated using a infiltration experiment and HYDRUS-2D software. The results show that the anti-seepage effects of a VSSL can significantly reduce the average wetting front migration length and water content at the observation points behind the sand layer. The Nash-Sutcliff Efficiency (NSE) index was used to evaluate the accuracy and reliability of the HYDRUS-2D model. The values of the NSE index obtained were greater than 0.82 (varied between 0.82 and 0.98) which confirmed the applicability of the HYDRUS-2D software in accurately describing the hydraulic behavior of the lateral anti-seepage effects of the VSSL in a sunken lawn. Simulation infiltration tests showed that, on the side of the VSSL, the wetting front migration length was reduced by 55.5% on average, and the water content of the observation points behind the sand layer was reduced by 40.5%, increasing the stability of the loess around the building infrastructure. The results are of value in practical applications, such as for devising engineering or non-engineering measures to avoid loess collapsibility around sunken lawns.     

高原湖相沉积粉砂土土水特性

高原湖相沉积粉砂土是昆明滇池地区典型的软土之一。受其颗粒级配差、黏粒含量低等特点的影响,其持水能力较弱,基质吸力的变化较大,工程结构易破坏。为研究其土水特性,本文采用滤纸法对昆明滇池区域和成都平原岷江流域的粉砂土进行了土水特征曲线的对比试验。结果表明:两种粉砂土的基质吸力对数反比于体积含水率,土水特征曲线的变化趋势基本一致,且成都平原粉砂土的持水能力优于高原湖相沉积粉砂土;同时,选取Gardner和Van—Genchten模型对试验数据进行拟合,两种土壤的土水特征曲线利用两种模型均可较好的拟合,相比较而言,可以采用三参数的Gardner模型来拟合高原湖湘粉砂土的土水特征曲线。