基于核磁共振的土体孔隙水形态与渗透性研究

为探究水力梯度及孔隙水形态对土体渗透性的影响,测定重塑土样在0~500 kPa等8级吸力作用下的核磁共振T_(2)曲线;将孔隙水划分为可动水和不动水,定量分析可动水与吸力/水力梯度关系,并将水力梯度、可动水引入Coates渗透模型进行修正。结果表明:随着吸力从0 kPa增加至500 kPa(水力梯度从0增加到50),土体T2曲线面积和T_(2)最大值逐渐减小,T_(2)最小值几乎不变;可动水含量随吸力/水力梯度的增加先迅速增大,随后增速减小,最后趋于稳定,二者之间可用指数函数很好地拟合;不动水含量随吸力/水力梯度增加呈指数减小;可动水与不动水比值(FFI/BVI)和水力梯度呈良好的线性关系;简化Coates模型显示土体渗透率与水力梯度的二次方成正比;孔径是影响孔隙水渗流的关键因素,吸力/水力梯度作用下,土体孔隙水排出过程可用Young-Laplace方程描述,土体孔隙水由大孔隙开始排水,并逐渐向小孔隙发展,大孔隙先完成排水过程;水力梯度的增大会提高可动水占比,导致更多可动水参与渗流作用,导致土体渗透率显著增大;简化Coates模型直观展示了水力梯度-孔隙水形态-渗透率关系,该模型仅含有水力梯度一个未知数,可为路基稳定性分析与防护设计提供理论参考。

斥水性砂土水-气形态及其对斥水-亲水转化的影响分析

处于地球表面的土壤,尤其是耕作层土壤,受外界因素影响其接触角可能会发生改变。通过试验对不同接触角的壤质砂土中的孔隙水-气形态分布状况进行研究,试验结果表明:砂土颗粒与孔隙水间的接触角增大会使表层土壤中水封闭土层厚度减小,但接触角增大到一定值后,水封闭层的厚度不再发生变化。随着接触角的增大,气封闭层的厚度不断减小。与连续固体表面不同,砂土颗粒的接触角小于90°甚至降低至36°也会出现明显的斥水现象,但随着砂土中饱和度的增大,斥水现象会消失,砂土斥水与亲水转化时对应的饱和度与水封闭向双开敞转化时对应的饱和度基本一致,因此,砂土亲水与斥水转化时对应的临界含水率与孔隙水气分布形态密切相关,通过理想模型对两种不同水-气形态下土壤的基质吸力变化分析可以发现,产生这种现象是因为当土壤由水封闭变为双开敞时,水-气交界面在液体侧的曲率中心消失(接触角小于90°),气-液界面引起的基质吸力恒为"正"。