黄土中水-气运移规律试验研究——以黄土干湿循环和重塑土柱试验为例

摘要

黄土在中国分部广泛，在农业生产、工程建设和生态环境的发展中具有重要的作用。黄土受水流冲蚀形成的沟谷台塬容易发生滑坡，水是黄土滑坡发生的重要的因素之一。水分的运移是黄土中固、液、气三相的共同作用的结果，黄土地层地下水位的抬升和下降会使黄土层处在干湿转换中，干湿循环环境下水分会改变黄土的结构，影响黄土的渗透性，而黄土空隙空间中的空气也会影响水分的运移。
　　本文通过对泾阳黄土塬滑坡群的实地调查，了解了滑坡发生的基本情况。在室内试验的基础上，分析反复干湿循环下原状土和重塑土的渗透系数、空隙率和干密度的变化，研究重塑黄土柱中水-气运移规律。得到以下结论：
　　（1）干湿循环作用下，原状土的空隙率减小，重塑土的空隙率增大，晾干的土样会失水干缩产生裂缝，重塑土更容易产生裂缝，并且裂缝比原状土要多，宽度也大，干密度越小裂缝越宽；土柱中渗水时，重塑土在自重作用下产生水平裂缝，裂缝的宽度与产生裂缝的位置有关系，土柱上层容易产生宽度大的裂缝，越往下裂缝越窄；封闭条件下水分运移要比开放条件下慢。
　　（2）据干湿循环试验渗透的结果，原状土的初始渗透系数有随机性，相同取样点原状样的初始渗透系数大小不一样，相差在一个数量级内；经过六次干湿循环，10个原状土样渗透系数都减小了，10个重塑土样渗透系数曲线呈增大趋势。
　　（3）密闭条件下，水分在土柱上部运移快，向下运移变慢；对空气来说土柱中的空隙空间连通性好，气压响应快；水分挤占空气空间会使空隙水压和空隙气压增大，并伴有空气溢出释压现象，空气对水分的阻碍是先大后小再增大动态过程，压差曲线的震荡说明了这一规律；水分自上而下运动，而气体则自下而上运动。开放条件下，空气对水分运移的阻碍作用主要在水分入渗开始阶段，后期空气会通过放水孔进入大气，气阻作用减小。
　　（4）空气占据了非饱和天然黄土和重塑黄土的空隙空间，黄土中存在着连通性好的空隙空间和连通性差的空隙空间，因此水分在入渗时，在连通性好的空隙空间中空气不易形成气塞，气阻作用小，在连通性差的空隙空间中容易形成气塞，气阻作用大，并且会伴有不间断的释压现象。
　　（5）自然条件下，干湿循环作用会使黄土干缩形成裂隙，重塑黄土的渗透系数会增大，而黄土中连通性好的空隙中空气对水分运移阻碍小，这样在黄土中会形成水分运移的优势通道；水分会通过优势通道抬升黄土边坡地带的地下水位，会加速潜在滑坡发生的可能，重塑土边坡由于水土流失更容易产生冲沟和内部侵蚀，加速黄土滑坡和坍塌的发生。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3研究内容及方案

第二章 取样点概况

2.1 取样点地理位置

2.2 气候条件

2.3 地层概况

2.4水文地质条件

2.5人类活动

第三章 试验设计和试验现象

3.1试验设备

3.2 试验仪器测定方法及原理

3.3 土样制备

3.4 试验步骤

3.5 试验现象分析

第四章 干湿循环渗透试验结果及规律分析

4.1 原土样在干湿循环条件下渗透性结果及规律分析

4.2 重塑土在干湿循环条件下渗透性变化规律

4.3 本章小结

第五章 土柱中水-气运移结果及规律分析

5.1 密闭条件下水-气运移规律分析

5.2开放条件下水-气运移规律分析

5.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

攻读学位期间参与的主要科研项目

攻读学位期间发表论文

致谢