第１３卷第５期 ２ＯＯ２年９月 水科学进展 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＷＡｒＩＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖｏ１．１３．Ｎｏ．５ Ｓｅｐ．，２ＯＯ２
相间相互作用原理与土壤水动力学基本方程
邵龙潭
（大连理工大学工程力学系，辽宁大连１１６０２４）
摘要：进一步阐明了多相介质力学分析的相间相互作用原理。应用相间相互作用原理重新推导 了饱和土壤和非饱和土壤水分运动的控制方程，使两者具有统一的表达形式和理论基础。说明 了达西定律的物理意义，在此基础上给出了非饱和土壤导水系数与饱和土壤渗透系数之间关系 的表达式，该表达式在饱和条件下退化为饱和土的渗透系数。引用大连地区亚粘土和硅微粉在 非饱和稳态渗流条件下的渗透试验结果验证了导水系数和饱和土的渗透系数之间的关系。
关键词：相互作用原理；土壤水动力学；导水系数；非饱和土；渗流 中图分类号：Ｐ ６４１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—６７９１【２００Ｚ）０５－６０５—０６
非饱和土壤中的水分运动问题一直是土壤学研究的重要课题。也是土壤水动力学研究的核
心内容。传统上，土壤水分运动的基本方程是通过引入达西定律导出的。对于非饱和土，其表 达式为［１】
ａＯ＝７［后（ ）Ｖ ］ （１）
上式也称为土壤水动力学基本方程。其中０是土壤体积含水率；ｋ（ ）是土壤导水率，对于
非饱和土。它是含水率和基质势的函数； 是总水势，当温度势和溶质势可以不考虑时，它由 基质势和重力势组成。
土壤的导水率是在达西定律中引入的一个比例系数。对于静态条件下的饱和土，ｋ（０）是 常数；而对于非饱和土。ｋ（ ）是随土壤的含水率或基质势的变化而变化的，一般认为难以依据 土壤的基本物理特性用理论分析方法导出，而只有通过试验测定。
土壤是由土体骨架。孔隙水和孔隙气体组成的三相体，这样的多相体系可以用混合物理论 来比较精确地描述Ｌ２ Ｊ。混合物理论具有严密的物理基础和数学基础。自２０世纪初提出，到２０
世纪六七十年代发展达到高潮，对多相介质材料力学的发展产生了重要的影响。但由于其理论 体系十分复杂。人们对相介质之间相互作用的认识非常有限，所以混合物理论一直未能得到广
摘 要
I摘 要
随着近代数学、物理学以及电子计算机的广泛应用，各学科的研究进展极为
迅速，因此，如何将高、精、尖的现代化科学技术手段合理运用到土壤物理学的
实验研究当中已经成为该学科寻求快速发展的主要途径。
本论文在参阅国内外文献资料的基础上，通过大量的室内实验与数据分析，
对利用实验数据自动采集系统测定非饱和土壤水运动参数的方法进行了实验研究
和理论探讨，并对自动测定系统和传统实验所得的实测结果进行了对比分析。论
文的主要内容分为以下几个方面：
首先，比较系统的分析和总结了国内外关于非饱和土壤水运动参数测定方法
的文献资料，在此基础上提出了本论文的研究内容。其次，在研究并总结了国内
外确定土壤水分特征曲线的各种方法的基础上，选用15bar压力膜仪对实验土样进
行了土壤水分特征曲线的测定。本论文重点介绍了土壤水力传导度和扩散度的实
验装置和实验方法，并通过室内实验和计算机自动采集、处理数据的联合应用，
分析了实验自动处理系统和传统手工实验所得结果的差别并提出了该系统在实验
过程中存在的问题。
最后，对分析结果进行了总结，并提出了需要进一步改进和提高的问题。
关键词：非饱和土壤水运动参数；实验室测定；实验数据自动采集系统；传统实
验方法
Abstract
IVAbstract
With the wide application of modern mathematics, physics and computer, all the
academic disciplines have being developed quickly, so how to make use of these
modern science and technology in the soil physics experimental study has become the
main way to develop this subject.
修订时间：2013年3月
太原理工大学
博士研究生入学考试专业基础课考试大纲
考试科目代码
2017
考试科目名称
土壤水动力学
招生学院代码
007
招生学院名称
水利科学与工程学院
招生专业代码
081500
招生专业名称
水利工程
参考书目
1.《土壤水动力学》，雷志栋，杨诗秀，谢森传，清华大学出版社，北京，1988
2.《土壤物理学》，华孟，王坚，北京农业大学出版社，1993
考查要点
一、土壤水分的形态和能态
1. 土壤水的形态
2. 土壤水分运动的能态
3. 非饱和土壤流的达西定律
4. 非饱和土壤水力传导度
5. 土壤水分特征曲线及其应用
重点：土水势、土壤水力传导度、土壤水分特征曲线
二、土壤水分运动的基本方程 1. 土壤的物理点
2. 多孔介质水分运动的基本假定
3. 直角坐标系下土壤水分运动的基本方程
4. 土壤水分运动的其他基本方程
5. 土壤水分运动通量法
重点：土壤水分运动过程的基本简化和假定、基本方程的变换和适用条件、土壤水分运动通量法。
三、土壤水分入渗
1. 土壤入渗过程
2. 土壤入渗过程的线性化解析解
3. Green-Ampt入渗模型
4. 水平渗吸条件下的Philip解
5．经验入渗公式与讨论
重点：土壤水分入渗过程及其驱动力、线性化解析解和各种经验入渗公式及其适用条件。
四、土壤水分蒸发
1. 土壤水分入渗蒸发过程
2. 定水位条件下均质土壤的稳定蒸发
3. 层状土壤的稳定蒸发
4. 非稳定蒸发过程
重点：土壤水分入渗蒸发过程及其控制条件、均质土壤的稳定蒸发过程的求解。
五、土壤水分运动参数的测定方法
1. 土壤水分运动参数室内测定方法
2. 土壤水分运动参数田间测定方法
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答案参见我的新浪博客：/s/blog_3fb788630100muda.html 土力学习题集及详细解答
《土力学》习题
绪论
一、填空题
1.就与建筑物荷载关系而言，地基的作用是
荷载，基础的作用是
荷载。
2.地基基础设计，就地基而言，应满足 条件和 条件。
3.土层直接作为建筑物持力层的地基被称为 地基，埋深小于5m的基础被称为
基础。
二、名词解释
1.人工地基 2.深基础 3.基础 4.地基
第1章 土的组成
一、填空题
1.若某土样的颗粒级配曲线较缓，则不均匀系数数值较 ，其夯实后密实度较 。
2.级配良好的砂土是指不均匀系数≥ 且曲率系数为 的土。
3.利用 曲线可确定不均匀系数Cu；为了获得较大密实度，应选择Cu值较
的土作为填方工程的土料。
4.能传递静水压力的土中水是 水和 水。
5.影响压实效果的土中气是与大气 的气体，对工程性质影响不大的土中气是与大气 的气体。
6.对于粒径小于0.075mm的颗粒分析应采用 法，对于粒径大于0.075mm的颗粒分析应采用 法。
7.粘性土越坚硬，其液性指数数值越 ，粘性土的粘粒含量越高，其塑性指数数值越 。
8.小于某粒径土的质量占土总质量10%的粒径，称为 粒径，小于某粒径土的质量占土总质量60%的粒径，称为 粒径。
