非饱和土渗透系数的一种测量方法和预测公式

总结了非饱和土渗透系数的各种测量方法和预测模型。在此基础上,提出一种直接测量瞬态渗透系数的方法和预测模型。这一测量方法采用多步溢出法测量土水特征曲线,同时实时测量渗透流量和土样的含水率。在试验过程中,把气压强增量分为两个部分:一部分克服渗透阻力,驱赶水分运动,另一部分平衡静水平衡条件下的表面张力,转化为基质势,从而根据达西定律公式求出瞬态渗透系数。另一方面,利用孔隙水的平衡微分方程,引进雷诺层流理论来解释土体渗透产生的土骨架和孔隙水之间的相互作用力,推导出了非饱和土渗透系数的理论公式,该公式只有一个参数,可以通过讨论不同孔隙率、饱和渗透系数与土水作用力系数之间的关系拟合得到,从而预测出非饱和土渗透系数。通过与试验结果的对比,证实了所提出的测量方法和预测模型的正确性。

非饱和土渗透系数试验与模型预测及验证

为探究不同方法的适用性,通过压力板仪对江西某地区红土进行土-水特征曲线试验,结合动态多步溢出法、一维土柱试验的湿润锋前进法、CCG模型预测和VGM模型预测4种方法,获得土体在不同压实度下渗透系数与饱和度的关系。利用有限元软件Geo-Studio对一维土柱试验进行仿真分析,将采用VG模型拟合的土-水特征曲线及4种不同方法计算得到的渗透系数函数作为边界条件,得到了相应条件下的浸润锋时程曲线。分析模拟与试验结果发现CCG模型预测的非饱和土渗透系数与动态多步溢出法计算的结果较为接近且略小于实际渗流情况。由于湿润锋前进法土柱试样较大,其渗透系数较动态多步溢出法大10倍左右,且最接近于土柱试验实际渗流情况。