非饱和带水研究的重要性及其研究方法

非饱和土与特殊土测试技术新进展随着工程建设的不断发展，非饱和土与特殊土测试技术在土木工程、地质工程等领域发挥着越来越重要的作用。

近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了显著进展，本文将分别探讨其新进展、应用现状及未来研究方向。

非饱和土是指土体中含水量未达到饱和状态，即含水率低于最大含水率的土。

非饱和土测试技术主要研究土体在非饱和状态下的各种性质，如有效应力、气体传输等。

在非饱和土测试中，气体传输机理是影响测试结果的关键因素。

气体传输包括气体在土体中的扩散和渗透，受到土体孔隙特征、含水率、气压差等因素的影响。

因此，研究气体传输机理对于非饱和土测试技术的进步至关重要。

特殊土是指具有特殊性质的土体，如膨胀土、盐渍土和软粘土等。

这类土体的性质与常规土体存在明显差异，因此在测试技术上也需要针对性地研究。

对于膨胀土，测试重点在于研究其膨胀性和收缩性；对于盐渍土，则需其盐分含量和离子交换等特性；对于软粘土，需要考察其强度和变形特性。

然而，现有的特殊土测试技术仍存在一些问题，如测试结果受环境因素影响大、测试周期长等。

因此，未来研究需要进一步优化测试方法，提高测试效率，同时加强理论模型的研究，以更好地解释测试结果。

近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了诸多新进展。

在非饱和土测试方面，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，非饱和土力学模型的研究逐渐深入。

新型测试设备如气体渗透仪、压力板仪等也为非饱和土测试提供了更为准确、便捷的手段。

在特殊土测试方面，研究者们针对各类特殊土的特性，研发出了一系列新的测试方法，如超声波检测、电学特性测量等。

同时，有关特殊土体本构关系和数值模型的研究也取得了重要进展，为特殊土体的工程设计和施工提供了更为准确的依据。

非饱和土与特殊土测试技术的不断进步为土木工程和地质工程提供了更为可靠的技术支持。

尽管现有的测试技术已经取得了一定的成果，但仍存在诸多挑战和问题，如气体传输机理的复杂性、特殊土体本构关系的多样性等。

堤坝中饱和与非饱和渗流计算方法研究
堤坝饱和渗流与非饱和渗流计算是堤坝安全评估分析中一个重要组成部分。

堤坝饱和渗流计算是指在平衡状态下，地下水的水位与面下水的水位之间的压力关系，按照物理力学的规律，计算堤坝压力、渗流量及大量流土物质的运移。

而在堤坝对地下水进行抽取的过程中，地下水的水位较面下水位的水位低，一定会引起堤坝的非饱和渗流计算。

计算堤坝饱和与非饱和渗流，要根据堤坝地质情况，提出符合物理力学规律的渗流计算或汇流计算方法。

这包括正确的定量表达堤坝挠度，气压，喷淋保护措施及穿刺孔，以及确定合适的物理地质条件来解㲿汇流关系。

此外，计算堤坝饱和与非饱和渗流时，还要考虑堤坝侧外渗流影响。

总而言之，堤坝饱和渗流与非饱和渗流计算是一项复杂而关键的任务，对堤坝安全分析至关重要。

计算时必须考虑堤坝的地质特点，计算方法要严格按照物理力学规律，同时还要考虑侧外渗流的影响，以准确计算堤坝饱和与非饱和渗流，以检验堤坝的整体稳定性。

非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。

与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。

这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。

因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。

若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。

因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。

本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。

最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。

分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。

给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。

非饱和渗流分析方法
非饱和渗流分析是一种实际应用十分广泛的土壤水文学分析方法，它是采用Richards方
程分析非饱和状态下的水份与气压以及土壤参数的短时间动态变化的过程，以应对非常多
的现实情况，比如暴雨、流域建设、水资源利用以及土壤污染等，为解决问题提供有用信息。

非饱和渗流分析是一种常见用于水文学研究的建模方法，并在更具体的研究中也有过应用。

它结合使用Richards方程来探究和分析土壤水份的动态变化过程以及其影响因素，这对
于理解和掌握各种现象的本质非常重要。

除此之外，该方法也可以模拟各种细节，例如不
同土层的变化、地下水的移动、渗漏的水量等。

此外，非饱和渗流分析也可以用来预测指定区域水源的变化，这在水资源及建设规划中具
有重要意义。

预测结果根据具体地质条件不同，可区分出可能的详细分布，有助于更有效、更精确地管理水资源和水文工程建设。

非饱和渗流分析是综合性的水文学研究方法，是多学科融合的典范。

它可以帮助我们了解
不同土壤条件下水分的变化特征，从而更好地评估水的保留和调节能力，为科学管理水资
源提供合理的建议。

非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究的开题报告题目：非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究研究意义和目的：非饱和带是土壤中水文学上一个重要的区域，其水分运移对水土保持和水资源管理有着重要的影响。

而冻结期是非饱和带中一个重要的时段，其特殊的水文过程和水文特征对于农业生产和自然环境的影响也极大。

因此，开展非饱和带冻结期土壤水分迁移特征的室内试验研究，有助于深入了解非饱和带冻结期的特殊水文过程及其影响因素，为水资源管理、水土保持和农业生产提供科学依据。

本文的研究目的是通过室内试验，探究不同冻结期土壤水分迁移特征的差异，分析关键影响因素，并提出相应的解决方案。

研究方法和步骤：1. 实验准备：选取具有代表性的土壤样品，并计算其土壤物理和水文特性参数，如土壤粒径组成、土壤含水率、土壤剪切强度等指标。

2. 室内模拟实验：建立非饱和带冻结期土壤水分模型，模拟不同温度、含水率和土壤性质下的水分迁移，并记录每一时段的数据。

3. 数据分析：对实验数据进行统计学分析，并结合土壤物理和水文特性参数进行综合分析，探讨不同冻结期水分迁移特征及其影响因素。

4. 结果总结：总结实验结果，将不同冻结期水分迁移特征及其影响因素进行综合分析和说明，提出相应的解决方案，为非饱和带冻结期水文过程和水资源管理提供科学依据。

预期成果和意义：通过本文的研究，我们预期可以得出不同冻结期土壤水分迁移特征的差异，并找出关键的影响因素。

我们可以提出相应的解决方案，针对农业生产和自然环境的需要，提供科学依据和参考，为水资源管理和水土保持提供帮助。

同时，这也会促进我们对非饱和带水文过程的研究，更加深入地了解土壤水分的动力学特征。

关键词：非饱和带；冻结期；土壤水分迁移；影响因素；室内试验。

干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究干湿循环条件下非饱和黄土持水特性与边坡稳定性研究引言：在地质工程中，黄土是一种常见的土壤类型，它的力学性质对于边坡稳定性至关重要。

然而，在实际工程中，黄土的边坡稳定性问题一直困扰着工程师。

尤其是当黄土处于干湿循环变化的环境下，其水分特性可能受到影响，并引发边坡的不稳定性。

因此，本文旨在研究非饱和黄土在干湿循环条件下的水分特性对边坡稳定性的影响。

第一部分：非饱和黄土的持水特性非饱和黄土是指土壤处于部分饱和状态，即土壤内同时存在液态水和气态水。

非饱和黄土的持水特性是指非饱和黄土在干湿循环条件下的水分吸附、脱附以及渗透性能等特性。

采用试验室吸附曲线法对非饱和黄土的持水特性进行研究，通过浸泡试验和剪切试验探究干湿循环条件下非饱和黄土的吸附脱附特性以及渗透性变化。

第二部分：黄土边坡的稳定性分析黄土边坡的稳定性分析是指确定边坡对于外力作用的抵抗能力，以判断边坡是否具有稳定性。

采用平衡法和有限元分析法分别对黄土边坡的稳定性进行研究。

在干湿循环条件下，通过改变黄土的水分含量，研究边坡稳定性的变化规律。

第三部分：实验研究为了探究非饱和黄土在干湿循环条件下的水分特性对边坡稳定性的影响，设计了一系列试验。

首先，采用稠度试验确定试样的最佳含水量，并对试样进行分层压实。

之后，进行吸附曲线试验和剪切试验，测试非饱和黄土的持水特性以及剪切强度的变化。

最后，采用室内边坡模型试验，模拟干湿循环条件下的边坡稳定性，观察并分析边坡的变形和破坏形态，以及边坡稳定性的变化规律。

第四部分：结果与讨论实验结果表明，在干湿循环条件下，非饱和黄土的持水特性发生了显著的变化。

随着黄土的干湿循环次数的增加，黄土的吸附能力降低，脱附能力增强。

此外，黄土的渗透性也发生了明显的变化。

边坡模型试验结果显示，黄土边坡在干湿循环条件下，其稳定性出现了较大的变化。

边坡的变形和破坏形态也与水分状态密切相关。

结论：在干湿循环条件下，非饱和黄土的持水特性对边坡稳定性具有重要影响。

非饱和土混合物理论及其应用非饱和土混合物理论及其应用一、引言非饱和土是一种特殊的土壤，其水分状态处于干燥和饱和之间，其力学性质和水文特征与饱和土有着明显差异。

非饱和土的研究从20世纪中叶开始逐渐兴起，并取得了许多重要的成果。

本文将探讨非饱和土混合物理论及其应用。

二、非饱和土力学特性非饱和土的力学特性是研究非饱和土混合物理论的基础。

非饱和土的力学特性受到水分含量、固结度和应力状态等因素的影响。

常用的非饱和土力学参数有吸力、孔隙比、压缩指数等。

非饱和土的吸力是指土壤颗粒间的毛细管吸力。

吸力的变化会改变非饱和土的力学特性，如颗粒间压实程度、水分运移等。

孔隙比是非饱和土中孔隙空间与固相体积之比，它与土壤的压缩性和透水性有关。

压缩指数是非饱和土在排水条件下压缩变形的特征参数，反映了非饱和土的固结性能。

三、非饱和土水文特征非饱和土水文特征是非饱和土混合物理论中的重要内容。

非饱和土的水分状态是非饱和土水文特征的核心概念，反映了非饱和土内部的水分分布情况。

非饱和土的水分状态可用于描述吸力与含水量之间的关系。

常见的非饱和土水分状态有干燥、湿润、饱和和过饱和。

其中，干燥状态表示土壤含水量较低，吸力较高；湿润状态表示土壤含水量较高，吸力较低；饱和状态表示土壤内部所有孔隙全部被水填满；过饱和状态表示土壤内部含有过多的水分，其中一部分为游离水。

四、非饱和土力学与水文特性的试验研究方法非饱和土混合物理论的应用需要基于试验研究来得到真实可靠的数据。

常见的非饱和土试验方法有压缩试验、渗透试验、吸力试验等。

压缩试验用于研究非饱和土的压缩性质，通过加载非饱和土样品并测量其变形，得到压缩指数等力学参数。

渗透试验用于研究非饱和土的透水性质，通过施加一定压力差使水流经过非饱和土样品，测量水流速度和吸力，得到透水性参数。

吸力试验用于研究非饱和土的吸力特性，通过测量非饱和土样品中的吸力值，得到非饱和土的吸力-含水量关系。

五、非饱和土混合物理论的应用非饱和土混合物理论在实际工程中有着广泛的应用。

第!!卷第"期!##$年%!月西北水力发电&’()*+,’-*’)./012./34)’1,15.)657’01)89:;!!<9;"================================================================>?@;!##$文章编号A%$B%C D B$E F!##$G#"C##!E C#H非饱和带水研究的重要性及其研究方法王永义F山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站I山西太谷#H#E##G 摘要A如何保持和利用非饱和带中的土壤水对农J林J牧生态系统具有重要意义K非饱和带水分运移规律的研究对L四水M转化研究J节水研究J地下水资源的形成与损失研究等提供了可靠的理论依据K在阐述非饱和带水观测研究重要性的基础上I依据太谷均衡实验站!#年来的观测实验经验I介绍了非饱和带水的研究方法K关键词A非饱和带N重要性N研究方法中图分类号AO8$%%;!文献标识码AP地表以下潜水面以上的岩层部分称为非饱和带I其间所储藏或运动者的水称为非饱和带水K非饱和带水F亦称土壤水G是地球水体自然循环F大气水J地表水J非饱和带水J地下水G中的重要组成部分I是地下水与大气水J地表水相互联系的必经通道I通过它可以实现三水之间的相互补给与转化K非饱和带水是农作物生长的主要水源I是农作物生产效益的主要制约因素之一I在针对农作物的水环境研究J地下水资源研究J农业节水研究及水资源利效率研究中都具有十分重要的意义KQ非饱和带及非饱和带水的特性地下水面以下的岩层空隙被水充满I被称为饱和带K地下水面以上的岩层空隙有水和气体共同存在I称为非饱和带I其间的水分存在状态要复杂的多K从其垂向特征来看可分为三层A其底部F地下水面以上至毛细上升顶部G为由毛管作用与地下水面上升所支持的毛细水带N其顶部为植物根系发育层I亦即种植土壤层I为土壤水带N二者之间为中间带K土壤水带的厚度一般在%米以内I 毛细水带的厚度依其含水层岩性不同而不同I 一般在%R左右I中间带的厚度则由地下水埋深F或非饱和带厚度G所决定K非饱和带水的存在形式除毛细上升水外I还有岩层颗粒表面对水分的吸附所形成的结合水K 在一定条件下I岩层空隙中的水超过了吸附力和毛细力所能支持的量时I多余的水便以重力水的形式下渗补给地下水K所以I非饱和带中还存在者运动者的重力水K非饱和带可看作是一个有输入J输出J储存多项功能的水库K其输入通常是指通过地表的入渗量I等于降水入渗量F降水量减去植物截留量和地表径流量G加上灌溉用水量K其输出包括土壤表面的蒸发J植物根系的吸收及入渗补给地下水K其储存则是上述的以结合水J毛细水的形式存在于非饱和带当中KS非饱和带水的监测方法目前对非饱和带水的监测主要有两个方面I 一是从L量M F土壤含水量G的角度观测研究非饱和带水分的储存与变化I一是从L能态M F土壤水分势能G的角度定性分析非饱和带水分的运移规律K二收稿日期A!##$C%%C%"作者简介A王永义F%T$"C G I男I山西太谷人I山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站工程师I主要从事水资源研究工作K者结合则更具有可靠性和全面性!"#$中子水分仪的应用对于土壤含水量的监测%传统的烘干法具有很高的精度%但野外操作很不方便%特别是所取的点较多较深时%会带来很大的工作量!况且我们是想监测一个或多个比较深的原状剖面%要想既不扰动土壤%造成破坏性测量%又能快捷方便%存在很大难度!中子水分探测仪&图’(是利用水对快中子的减缓效应来测取土壤水分!中子水分仪由探头和脉冲计数器组成%含有放射源的探头发射快中子到周围土壤中%快中子与土壤中质量相当的氢原子核相撞使中子散射)变慢并失去能量!这样%在探测源周围的土壤中形成一个*慢中子云+%主要取决于土壤含水量的这个*云+的密度由探头中的慢中子探测器测出%并通过脉冲计数器显示其平均计数率!图’中子水分探测仪平均计数率能反映土壤含氢的多少%但还不是直接的含水量!还需要由烘干法和中子仪法配合使用进行野外标定!标定方程为,-./0121345式中-66土壤体积含水量%7%环刀法取得8/66标定曲线斜率8166实测中子仪计率81366纯水中的中子仪计率8566标定曲线在-轴上的截距!标定程的理论依是计率比&1213(与体积含水量&-(是直线相关关系!在得出了观测剖面不同埋深)不同岩性)不同土壤密度的若干条标定方程后%就可以将中子仪通过纵埋测管观测到的计数率轻而易举地经过微机处理成含水量!使用中子仪观测含水量只需在所选定的观测点按照观测深度垂直安装特用中子探测管%就可以轻松地完成测前任务!一个测点只需要’9:或;<:%节省时间)节省人力)方便快捷而不破坏土壤结构!一个剖面可以按照需要反复测量%能充分满足对非饱和带水分动态的研究!"#"土壤水分势能与负压计的应用在土壤水研究中%含水量尚不能充分说明土壤水分的运移规律及土壤水的现状对农作物生长的有效性!土壤质地不同%就会有不同的含水量指标8在含水量相同时%水也会从质地粗的向细的流动%并不是简单的由高含水量土壤向低含水量土壤流动!所以说%对土壤水分能量的研究有其必要性和重要性!*水势+的定义,从一个标准的基准位置和状态中转移极少量的水到土壤中的特定位置时%每单位量的水所需要做的功!水在孔隙介质中流动的情况下%所产生的水势能是由于重力)毛细力)吸附力及渗透压力而形成!在饱和孔隙介质中%表面势&毛细及吸附势(等于零%只存在一个水的正压力势8在非饱和情况下%把表面势看作是水的负压%这样就产生了吸力&或张力(!植物根系也是依靠吸力从土壤中吸取水分!准确地读出非饱和带土壤水分张力的微小变化%对于研究水力传导率等参数是特别重要的!由一个多孔薄膜和一个压力表组成的简单的负压计&也叫张力计%见图<(就能解决这个问题!图<=>?’型@型汞柱式负压计A<第B 期王永义非饱和带水研究的重要性及其研究方法只要将具有多孔薄膜的陶土头插入设计观测深度的土壤中!水力传导装置就会将土壤吸力传至水银压差计上!用水银柱的高度表示土壤吸力"基质势#的大小$土壤水分势能的观测研究具有如下独特的优点%"&#可表明土壤水分的能量状态!而不是简单的数量关系%土壤含水多!作物吸水容易!耗能少!养分积聚多!长势旺盛’土壤水分不足!表面势将水分紧紧吸住!作物吸水耗能多!长势就差$"(#有统一的水分指标$用土水势作为作物生长各阶段所需的含水指标!能避免由于土壤质地的不同而带来的差异$")#水分势能数值可在*水+土+植物+大气,系统中统一使用!用统一的能量尺度将土壤水与植物生长-气象因素等联系起来!综合考虑水分的循环运动!遵循水势高向水势低处流动这一原则$.非饱和带水研究的重要性./0有效利用土壤水资源达到即节水又增效的双重目的通过大量的观测研究!分析掌握不同质地-不同降雨水平年土壤水分的时空分布特征!结合不同作物各生长阶段的需水量指标!进行土壤水的有效调控!达到节水-农业增效双重目的$根据作物耗水规律和土壤水时空分布规律!调整农业产业结构与作物布局!建立相适应的作物品系$./1四水转化研究的重要一环进行*大气水-地表水-土壤水-地下水,四水转化研究!建立四水转化关系模型!揭示蒸发入渗机理!找到非饱和带水分迁移转化规律!为水资源评价计算-水资源的合理调配利用-节水增效研究服务!为农业可持续发展服务$./.实时监测!为旱情预测预报和指导农业灌溉服务通过土壤水分或土壤水分势能的观测实验!科学制定农作物灌溉频次和灌溉量!配合农村改变大水漫灌习惯!为农村经济服务$为旱情预测预报发布系统提供原始监测资料!并可为墒情指数的计算确定进行实验研究$2结语非饱和带水虽然不能象地下水-地表水那样直接被引用!但却在四水转化研究-成壤作用及植物生长等方面具有重要意义!在农牧业-林业-水利等领域越来越受到重视$在植物生长与节水灌溉研究-水资源评价计算中的*四水,转化研究等方面具有重要地位$太谷均衡实验站已拥有非饱和带监测资料&3站年!研究成果近&4项!可为土壤水的开发利用研究作出更多的贡献$参考文献%5&67/8/埃佛雷特!等/包气带水勘察和研究方法596/北京%地质出版社!&:3;/<=>?@A B @C @D E B D >F C ?G H I J F BKE G >L M J B E N @D O @BP B O E G H L E G >IQ F B >E B IR G O S>G =F I F T F A JUV W 8X Y Z [\]^"_‘a Z b ^_c d e f ]g c d f a cY h i]j d Y k Y []a Z jUa l f d m f n Y c d o f n !p a ^[cf b q f d ^r f Z l a k n l a l ^Y Z !_‘a Z b ^p a ^[c4)4344!s ‘^Z a #t u O G L E D G %p ‘fc l ^k ^v a l ^Y Z Y hn Y ^kw a l f d^Z l ‘fc Z n a l c d a l f j v Y Z f^nY hn ^[Z ^h ^o a Z o fh Y da [d ^o c k l c d f !h Y d f n l d ]!n l Y o xd a ^n ^Z [a Z jl ‘f k Y o a k f o Y \n ]n l f r /p ‘f j ]Z a r^o k a w n [Y e f d Z ^Z [l ‘f w a l f d r Y e f rf Z l ^Zc Z n a l cd a l f jv Y Z f q d Ye ^jf ad f k ^a y k f l ‘f Y d ]h Y d w a l f d l d a Z n h Y d r !w a l f d n a e ^Z [a Z j[d Y c Z j w a l f d h Y d ra \l ^Y Za Z j c k k a [f /g a n f jY Zl ‘f n ^[Z ^h ^o a Z o f Y h Y y n f d e a l ^Y Za Z jd f n f a d o ‘!l ‘f r f l ‘Y j Y k Y []h Y d l ‘f n l c j ]Y Zw a l f dj ]Z a r ^o n^Zc Z n a l c d a l f jv Y Z fw a n ^Z l d Y j c o f j^Za o o Y d j ^Z [l Yl ‘fY y n f d e a l ^Y Zf b q f d ^f Z o fa lp a ^[cf b q f d ^r f Z l n l a l ^Y Zh Y d Y e f d (4]f a d n/z >J {F L I O %c Z n a l c d a l f jv Y Z f ’n ^[Z ^h ^o a Z o f ’||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||}}}}r f l ‘Y j Y k Y []欢迎投稿欢迎订阅欢迎评刊4)西北水力发电第((卷。