封闭气泡对近饱和土体渗透性影响的试验研究

论文摘要

入渗是水分进入土体的过程,入渗问题是土力学研究的一个重要分支。水分在进入土体的过程中,大部分空气极有可能被封闭在土体孔隙中形成封闭气泡,阻碍水相的流动,使土体的渗透性能降低,从而对土体的入渗能力产生不可忽视的影响。因此,研究在积水入渗过程中土体孔隙内的封闭气泡含量及其影响因素,分析封闭气泡对土体渗透性能的影响,有利于更全面的分析土体的入渗能力,对于研究水文学、农田水力学和水质环境学等学科具有重要的指导意义。本文结合室内一维积水入渗试验,主要开展了以下几个方面的工作:1、制作了室内一维积水试验模型,由一维积水入渗试验湿润锋的推进过程曲线观察到,由于封闭气泡的影响表层土体中存在明显的台阶状含水量分布现象,并进一步分析了土体内封闭气泡产生的原因。2、分析了积水入渗时土柱内封闭气泡的体积与土柱干密度、初始含水量和土类性质的关系,并初步探讨了三种影响因素对封闭气泡体积的影响机理。3、基于室内一维积水入渗试验数据,分析了土柱干密度、初始含水量和土类性质对土体入渗率的影响,拟合出入渗稳定后的渗透系数与初始体积含水量的经验公式,以及入渗稳定后的渗透系数与气相饱和度的经验公式,并进一步分析了封闭气泡对渗透系数影响的原因及减渗机理。4、采用压力膜仪,测量与各组一维积水入渗土体参数相同的试样的土水特征曲线,并采用Fredlund&Xing模型对实测土水特征曲线进行拟合,用于一维积水入渗的数值模拟分析。5、采用SEEP/W二维渗流分析软件对一维积水入渗进行数值模拟分析,结果表明:利用试验获取的土水特征曲线和饱和渗透系数,SEEP/W的计算结果与实测的一维积水入渗湿润锋的推进过程相差较大。分析了模拟结果出现偏差的原因为,SEEP/W的渗流分析理论没有考虑封闭气泡即气相对土体孔隙水压力的影响,在使用达西定律时也没有考虑封闭气泡对渗透系数的影响。因此,在数值模拟一维积水入渗时需要考虑封闭气泡对水相流动的影响。

论文目录

• 内容摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 2 一维积水入渗试验
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验方案
• 2.3 试验结果
• 2.4 台阶状含水量剖面
• 2.5 本章小结
• 3 封闭气泡含量及其影响因素
• 3.1 相关术语和定义
• 3.2 封闭气泡及其影响因素
• 3.3 影响机理分析
• 3.4 本章小结
• 4 封闭气泡对土体渗透性的影响
• 4.1 入渗率的影响因素
• 4.2 封闭气泡对土体渗透性的影响
• 4.3 封闭气泡减渗机理的初步探讨
• 4.4 本章小节
• 5 土水特征曲线试验
• 5.1 试验仪器及原理
• 5.2 试验方案
• 5.3 土水特征曲线的拟合
• 5.4 本章小节
• 6 一维积水入渗数值模拟
• 6.1 SEEP/W 数值模拟
• 6.2 数值模拟参数调整
• 6.3 SEEP/W 模拟偏差分析
• 6.4 本章小节
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读硕士学位期间参与的项目及发表的文章