非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验及多物理量联合监测

对非饱和土降雨入渗过程及其致灾机制的深入认识有赖于室内外试验及多物理量联合监测。基于离心机超重力环境下土体响应监测技术,开展了非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验,测试研究了超重力环境对新研制的微型TDR探针及张力计测量的影响规律,并利用TDR、张力计及弯曲元对降雨入渗过程中土体响应进行多物理量联合监测。研究结果表明:在不同离心加速度下微型TDR探针与给定含水率土体实测原始波形重合,说明超重力环境对TDR测试没有影响,含水率的测试误差在2%以内。在离心机加速过程中,张力计所测吸力下降约2.0~2.9 kPa,当离心加速度稳定在40g时,所测吸力在10min内上升并接近常重力下土体初始吸力。在降雨入渗过程中,埋设在同一深度的TDR探针、张力计和弯曲元对湿润锋响应的时间点基本一致,降雨入渗导致土体含水率增加,基质吸力降低,剪切波速降低。这些多物理量监测数据有助于建立非饱和土含水率-吸力-剪切模量之间的关系。

岩体粗糙裂隙几何特征对其溶质运移特性的影响

裂隙作为岩体溶质运移的主要通道,其几何特征的变化对岩体溶质运移特性有重要影响。该文基于粗糙裂隙几何特征的自相仿性,结合分数布朗运动和逐次随机累加法,建立了粗糙裂隙的分形几何模型;采用COMSOL软件求解N-S方程和溶质运移对流弥散方程,分析了粗糙裂隙的分形维数和开度标准差对其溶质运移特性的影响。结果表明:溶质运移的浓度锋面和流线分布具有显著的非均匀性,RTDs曲线具有明显的拖尾特征;随着分形维数和开度标准差增大,裂隙面粗糙度和开度离散性增加,平均流速减小,溶质运移平均时间与分形维数呈幂函数递增关系,与开度标准差呈线性递增关系;时间方差与分形维数呈线性递减关系,与开度标准差呈幂函数递增关系;时间偏度与分形维数呈线性递减关系,随着分形维数增大,拖尾程度减弱,而与开度标准差呈对数递增关系,随着开度标准差增大,拖尾程度增强。