基于土水势理论的压实黄土水分迁移规律研究

摘要

我国黄土分布的面积广、厚度大，在黄土分布地区大都四季分明，降水集中，四季和昼夜的温差都较大，降水和温度的变化会使黄土中产生明显的水分迁移运动。水分迁移会导致土体中含水量发生改变，进而影响土体的抗剪强度，最终诱发一系列病害，严重威胁人们的生产和生活，所以对非饱和黄土，尤其是工程中用到的压实黄土水分迁移规律的研究具有重要意义。
　　首先开展室内试验探明试验用土的基本性质，发现试样的抗剪强度和粘聚力随着含水量的增大而减小，随着干密度的增大而增大，干密度的增大会使抗剪强度对含水量的变化更为敏感，且含水量和干密度的变化对于粘聚力的影响要比内摩擦角明显。其次，提出了“双面振动标准拼接”这一新的制样方法，该方法能得到干密度更准确、更均匀的试样。然后，采用自制器材开展室内试验，研究重力势、温度势、基质势分别影响下压实黄土内部的含水量分布规律，并借助土壤水分测量仪对水分迁移过程进行实时监测，发现在重力作用下含水量随距顶端距离增加呈现出“S”型递增的变化趋势，且干密度越小，重力势取0时的最大含水量越大；在温度作用下水分从热端向冷端迁移，含水量呈现出“正切”型递增的趋势，距离冷端越远，土样温度越高，则含水量越低，温度和含水量之间可采用线性拟合；采用压力板仪测得土水特征曲线，对土水特征曲线进行双曲线拟合可得到基质势与含水量的函数关系。最后，基于Harlan模型将水分运动和热传递的偏微分方程联立起来建立水热耦合的水分迁移方程，将拟合函数以及其他参数的经验公式带入水分迁移模型便可使得模型中只包含干密度和体积含水量这两个变量，该模型可用于水分迁移的模拟和计算。
　　对黄土基本性质和水分迁移规律的研究可以指导工程实践，土水势的试验方法、新的制样方法以及土壤水分测量仪的使用可为以后的室内试验提供借鉴。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及方法

1.4 技术路线

2 水分迁移理论

2.1 常用水分迁移理论

2.2 土水势的构成

3 试验用土的基本性质及制样方法

3.1 试验用土基本性质

3.2 制样方法

3.3 本章小结

4 水分迁移试验

4.1 重力势试验

4.2 温度势试验

4.3 基质势试验

4.4 本章小结

5 水分迁移模型

5.1 常用水分迁移模型简介

5.2 水热耦合迁移模型的建立

5.3 函数关系的确定

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果