非飽和土滲透方法及滲流參數(shù)反演.pdf

1、　　在地球表面廣泛分布的天然地表沉積土大多處于非飽和狀態(tài)。如在鐵路、公路、高邊坡、滑坡等工程項(xiàng)目中，經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的土體結(jié)構(gòu)，大部分都處于非飽和狀態(tài)。非飽和土力學(xué)的研究對(duì)處于高速發(fā)展階段的中國(guó)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。滲流是非飽和土力學(xué)研究的一個(gè)重要課題，在水文學(xué)、農(nóng)田水利、油氣開(kāi)采，污染物傳輸?shù)葘W(xué)科方向得到廣泛的應(yīng)用。非飽和土滲透特性的重要參數(shù)是土水特征曲線和非飽和滲透系數(shù)。土水特征曲線：是用來(lái)描述非飽和土中的基質(zhì)吸力與體

2、積含水量、重力含水量或飽和度之間關(guān)系的重要曲線。土水特征曲線在非飽和土力學(xué)的應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用，可與飽和土力學(xué)中經(jīng)典的一維固結(jié)理論中的壓縮曲線相媲美。非飽和土滲透系數(shù)：是表征水分透過(guò)土體能力，一般不能假定為常數(shù)，而是非飽和土含水量或基質(zhì)吸力的函數(shù)。但由于上述兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值變化范圍大且不易測(cè)量，一直是非飽和土課題研究中的一個(gè)難點(diǎn)。本文的目的是確定一種得到土水特征曲線和非飽和滲透系數(shù)的方法，在非飽和土滲流的基本理論基礎(chǔ)上，研發(fā)了非飽和土

3、滲透儀，并開(kāi)展了粘土的滲透試驗(yàn)，利用SEEP/W商業(yè)軟件對(duì)VG經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行參數(shù)反演，得到了模型的參數(shù)取值。
　　本文主要開(kāi)展了如下幾個(gè)方面的工作：
　　1、在滲流理論的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了非飽和土滲透試驗(yàn)儀。儀器由供水系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)、流量計(jì)、入滲土柱、底座及采集系統(tǒng)等幾部分組成。試驗(yàn)儀器中空壓機(jī)提供氣源，由調(diào)壓閥來(lái)控制壓力的大小，通過(guò)氣壓使水箱里的水進(jìn)入土體，讓土從非飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)。中間接流量計(jì)，可記錄從水箱里出來(lái)水

4、的總流量和瞬時(shí)流量。水從土柱的頂端往下入滲，由采集系統(tǒng)可得到含水量與不同時(shí)刻、不同高度處的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，即土體從非飽和到飽和入滲的全過(guò)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為論文后面作基礎(chǔ)。
　　2、對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試并總結(jié)了一套非飽和土滲透試驗(yàn)儀的試驗(yàn)方法，利用研發(fā)的非飽和滲透儀來(lái)開(kāi)展了粘土的一維入滲試驗(yàn)。試驗(yàn)前先對(duì)傳感器標(biāo)定，在傳感器埋置到土樣之前對(duì)傳感器清零，打開(kāi)空壓機(jī)和三通開(kāi)關(guān)開(kāi)始試驗(yàn)，當(dāng)傳感器的讀數(shù)接近一致后且保持不變即可停止試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處

5、理，分析表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況吻合。
　　3、本文利用SEEP/W軟件反演出了VG模型中的參數(shù)，即獲得了試樣的滲流參數(shù)。反演思路是對(duì)VG模型中的參數(shù)選定取值區(qū)間，對(duì)取值區(qū)間等分為10份形成模型參數(shù)組合，加上試驗(yàn)的初始條件和邊界條件，通過(guò)SEEP/W軟件可得到計(jì)算模型的含水量與時(shí)間和高度的關(guān)系。通過(guò)計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差平方和最小的最小二乘法原理得到取值區(qū)間內(nèi)的局部最優(yōu)解，即為VG模型參數(shù)的取值。
　　(1)研發(fā)了非飽和土