黄土夹砂层的持水机制

为研究黄土高原西北干旱区农业采用的＂压砂＂保墒方法机理,进行3种室内土柱（均质土柱、夹3 cm厚砂层的土柱、夹5 cm厚砂层的土柱）的降雨入渗试验,并建立微观模型对夹砂层阻水现象进行分析。通过烘干法和MAT253稳定气体同位素质谱仪测定土柱不同深度2个时间点（13 d、197 d）的含水率和土壤水的δD、δ18O,得到不同时间含水率随深度变化规律和土壤水δD～δ18O关系。结果表明：（a）黄土中夹砂层的存在起到了减缓水流下渗的作用,而不是阻止水分下渗。（b）夹砂层的这种阻水效果一方面是由于砂层薄膜水的持水量远小于黄土,从而阻滞了水流的下渗;另一方面是由于在介质突变界面处过水断面面积突然减小,以致降低了水流的下渗速度。

固结作用下粉土的持水性能与细观机制研究

针对传统仪器无法考虑岩土工程中温度和荷载等因素综合作用的缺陷,研制了一套多功能土-水特征曲线试验仪。以粉土为研究对象,开展了不同固结应力作用下粉土的土-水特征曲线试验,并测量其增减湿过程中土体的体积胀缩量,以便修正体积变化对其体积含水率的计算误差。结果表明,粉土在减湿过程中,土体的体积发生明显的收缩。其收缩量与固结应力水平有关,固结应力越小,则减湿引起的体缩量越大。但土体在增湿过程中的体积则基本保持不变。固结应力对粉土土-水特征曲线的进气值、增减湿速率影响较大,固结压力越大,其进气值越大、减湿速率也越大。最后,为揭示固结应力对土的持水性能的影响机制,开展了不同固结应力作用下土体的细观试验。结果表明,固结应力主要改变了土体团粒间的大孔隙,而对黏土颗粒之间的孔隙影响较小。土体的持水性能与土体的孔隙大小和分布模式密切相关,大孔隙主要影响土体的进气值,而其孔隙分布模式则控制其增减湿湿速率。

粉土持水性能的温度效应研究

开展3种不同温度作用下粉土的持水特征曲线(SWRC)试验,测量脱湿过程中土体的体积变化,修正体变对体积含水率的影响。试验结果表明,在减湿过程中粉土体积发生明显收缩,孔隙比由0.675降低到0.645左右,不同温度作用下的最终孔隙比相差仅为0.003,说明粉土的变形对温度不是很敏感;温度对粉土持水性能影响显著,粉土的进气值随着温度的升高而降低;基质吸力为50 kPa时,不同温度下粉土持水性能差异达到最大值,20℃、30℃、40℃时的体积含水率分别为0.397、0.361和0.338;粉土的体积含水率随温度越高逐渐减小,但彼此之间的差异随着温度升高而逐渐减弱。孔隙中水的物理特性以及水、气的赋存状态是不同温度下粉土持水性能存在差异的主要原因。

初始含水率对崩岗土体抗拉特性的影响

针对花岗岩发育的崩岗土体崩壁失稳等问题,通过单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同初始含水率的崩岗土体抗拉强度特性。结果表明:初始含水率对崩岗土壤抗拉强度影响明显。土壤抗拉强度特征曲线为单峰型,表土层、红土层和红砂过渡层抗拉特征曲线在含水率W C(24.4%)附近出现抗拉强度峰值,而砂土层在W C(25.8%)出现抗拉强度峰值。崩岗不同层次土壤轴向拉伸长和径向收缩长随初始含水率呈现正相关关系,且土壤轴向拉伸率和径向收缩率与初始含水率拟合出相关系数较高的线性函数关系(除砂土层的径向收缩率与初始含水率呈指数函数关系)。低(18%~22%)、中(22%~30%)、高(30%~饱和)3种初始含水率区间下崩岗土壤持水机制分别为土壤毛细管持水机制、团粒水桥联结持水机制与团粒持水机制。研究结果可为崩岗科学防治提供一定的科学依据。