Characterization of Hydraulic Behaviours of Coarse Rock Materials in a Large Permeameter

The hydraulic behaviour of a rock material structure is a major feature for its design and safety assess- ment. Similar to all other physical problems, in order to enclose the governing equations systems and achieve a solution, the hydraulic characteristics of these materials need to be determined experimentally and implemented then into adopted thermo-dynamical models. This paper covers the process of the design, construction and operation of an experimental rig built for this specific purpose. Using the constructed large-scale permeameter, tests have been conducted. The non-linear hydraulic behaviour of various mate- rials under extreme turbulent conditions, where Reynolds number reaches unprecedented values, has not been studied before. Preliminary results are presented and discussed.

一种新型南55渗透仪研制及工程应用

南55型渗透仪广泛用于测定细粒土渗透系数,结构简单,操作方便,但在原状土渗透试验中,由于环刀与试样之间密合不理想常引起侧壁渗漏,极大影响试验结果,甚至试验失败。为解决侧漏问题,通过采用对开环刀结构设计,研制了一种新型南55渗透仪,利用不透水的凡士林等膏状物充填试样与环刀之间的空隙,阻断侧漏通道,并在整体结构上沿用了南55渗透仪的基本框架,具有结构简单和操作方便的优点。同时,对测试结果可靠性进行了试验分析,结果表明,新型南55渗透仪有效解决了侧壁渗漏问题,测试的原状土渗透系数具有较高的精确度和稳定性,远高于南55型渗透仪,具备在实验室推广的前景。

砂浆渗透仪校准方法及不确定度评定

在分析砂浆渗透仪的原理结构和总结建设工程标准对砂浆渗透试验要求的基础上,列出了砂浆渗透仪的外观与结构、系统通畅性与密封性、各项压力误差,以及套模尺寸等各项计量性能要求。针对砂浆渗透仪的各项计量性能提出了相应的校准方法,通过校准试验验证了校准方法的可行性,并对压力误差和尺寸测量的不确定度进行了评定,为砂浆渗透仪的计量校准提供了一个参考方法。

圆盘入渗仪法测定不同利用方式土壤渗透性试验研究

介绍了一种田间定量测定土壤渗透性的新方法——圆盘入渗仪法。应用该法和双环法对黄土丘陵区土壤不同利用方式 (果园、农地、灌木、草地、林地 )下的土壤渗透性进行了对比研究 ,并对比分析了该方法的优缺点。结果表明 :在该试验条件下 ,不同利用方式下土壤的孔性及渗透性有明显差别。土壤有效孔径以灌木地最大 ,为农地的 5 .7倍 ,果园的 3.5倍 ;其次为林地和草地 ,为农地的 4倍多 ,果园的 2 .5倍多。果园的最初入渗率最大 ,是林地的3倍 ,草地的 5倍。稳定入渗率大小顺序为 :果园 >农地 >灌木 >草地 >林地。灌木地的导水率是农地的 1.5倍 ,是林地的 3倍多 ;草地和果园的土壤导水率是农地的 1.2倍 ,是林地的 2 .8倍。两种方法测定的入渗率结果具有显著的线性相关性。说明圆盘入渗仪法适合于黄土丘陵区各种利用类型土壤的入渗测定。

额济纳绿洲土壤入渗特征与土壤状况的关系研究

土壤水分入渗是自然界水循环中的重要部分,土壤水分入渗与土壤状况有很大的关系,应用Guelph渗透仪测定了黑河下游额济纳绿洲的土壤饱和导水率,并分析比较不同植被覆盖类型下测得的试验结果.结果表明:额济纳绿洲的几种典型土地利用方式下的土壤饱和导水率,其大小关系为:西戈壁>七道桥保护区沙枣林>二道桥胡杨林>林工站棉花地>二道桥柽柳林>梭梭苗圃地;通过因子的KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)检验,影响土壤入渗的因子被归类为三个主成分,分别为土壤疏松程度因子、土壤水分因子、容重和阴阳离子总量因子,它们的主成分的累计贡献率为80.427%,其中粘粒质量分数因子对于土壤入渗的影响最大,土壤中阴阳离子总量因子和容重因子影响最小.

恒定水头井入渗Green-Ampt模型的改进与验证

在假定恒定水头井入渗近似为以井内积水表面积为入渗面的一维入渗基础上,用湿润体内平均体积含水率增量代替Green-Ampt活塞模型中的饱和含水率与初始含水率差值。用入渗率和累积入渗量倒数的线性关系间接推求Green-Ampt模型中的参数,用湿润锋平均基质吸力和土壤饱和导水率。从而建立了适用于恒定水头井入渗的Green-Ampt模型。同时根据体积等效原理,定义了三维入渗中难以直接测定的概化湿润锋深度。经3种类型土壤的室内试验检验,表明该模型具有较好的精度,能精确地计算不同累积入渗量时的湿润体体积。

盘式入渗仪法测定喀斯特洼地土壤透水性研究

研究土壤水入渗有助于了解喀斯特地区表层岩溶带对降水资源的调蓄作用。该文利用盘式负压入渗仪(盘径d=20 cm,负压h0=-20 mm)研究了桂西北喀斯特洼地典型剖面各层次土壤透水性。结果表明:各层土壤透水性能差异较大,具有随土层深度增加而减小的趋势,但菜地50-80 cm层大于20-50 cm层;菜地剖面0-10 cm层土壤近似饱和导水率(1.85×10-3cm/s)是20-50 cm层的5.2倍,玉米地剖面0-16 cm层土壤近似饱和导水率(2.21×10-3cm/s)是55-70 cm层的3.1倍;土壤比重、初始含水率同土壤入渗性能关系密切,与近似饱和导水率的相关系数分别为-0.676*和-0.841**。

车辙对大空隙沥青路面横向排水影响的室内模拟测试

为了研究纵向车辙对大空隙沥青路面横向排水的影响,研发了大空隙沥青混合料渗水系数的室内测试仪,该仪器可模拟路面横坡和雨水在大空隙沥青混合料中的流动过程.采用车辙试验仪对8种类型的OGFC沥青混合料试件进行往复荷载作用来模拟车辙变形,并利用研发的渗水系数测试仪,测试具有不同车辙深度的沥青混合料横向渗水系数,计算得到因车辙引起的混合料渗水系数衰减度.结果表明:车辙会明显降低大空隙沥青混合料的横向渗水系数;动稳定度与渗水系数衰减度无明显关系,而大空隙沥青混合料的车辙深度与渗水系数衰减度具有一定的线性关系,因此可作为控制渗水系数衰减的指标;增大集料的公称最大粒径、使用高黏改性沥青、增大混合料空隙率能有效降低车辙引起的排水系数衰减程度.

红壤坡地生态系统土壤入渗特征比较研究

以亚热带红壤区6个典型坡地生态系统为研究对象,采用盘式负压入渗法,系统研究了红壤的入渗过程、特征及其与土壤主要理化性质的关系。选择的生态系统包括:农田(包括缓坡农田和陡坡农田各一块)、草地、灌丛、茶园、常绿落叶阔叶混交林、油茶林等。结果表明:各生态系统土壤入渗率随时间的变化均可拟合为幂函数形式。不同生态系统稳定入渗率变化范围为0.024～0.080mm/min,其中农田和油茶林的稳定入渗率较大,草地和茶园的最小。稳定入渗率与土壤容重及初始含水量呈显著负相关,而与孔隙度呈正相关。入渗过程主要受孔隙度和黏粒含量的影响。土壤有效孔径和宏观毛管长的变化范围分别为0.064～0.179mm和41.5～128.2mm,但统计显示其与土壤主要理化性质之间的相关性均不显著。

紫鹊界梯田区不同土地利用类型土壤入渗特征研究

采用压力仪和盘式入渗仪测定了紫鹊界梯田区域不同土地利用类型土壤的水分入渗特征并应用多种计算理论推算其水分运移参数。结果表明,林地和退耕地土壤持水能力比旱田和水田强,在相同吸力条件下林地和退耕地的含水率平均比旱田和水田分别高28%和55%;不同土地利用类型对土壤水分累积入渗量、土壤吸渗率和导水率有着较大的影响,其值均按照林地、退耕地、水田、旱地的顺序依次增大;研究结果初步揭示了紫鹊界土地利用类型对梯田区土壤水分运移机理影响。

不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究

利用自行研制的可提供高水压、高应力的粗粒土大型高压渗透仪,对双江口砾石土心墙堆石坝防渗料和反滤料进行了联合抗渗试验,研究不同应力状态下防渗料和反滤料的渗透变形特性。结果表明:(1)单向压缩条件下,防渗料的渗透系数随应力的增加而减小,且渗流稳定时的渗透系数与应力的关系满足Louis负指数方程;试样发生破坏的临界坡降随应力的增加而增大。(2)水平加荷、竖向自由变形条件下,试样的渗透系数随水平应力的增加先减小后增大。试样发生破坏的临界坡降随水平应力的增加先增大后减小。在达到峰值之前,反滤料越松或越细,临界坡降随水平应力增大的幅度越大;在达到峰值之后,反滤料越密或越细,临界坡降随应力减小的幅度越大。

4种土壤入渗测定方法的比较

入渗是土壤的基本物理性状,与降雨产流、侵蚀、非点源污染等过程密切相关,快速、准确测定土壤入渗速率具有重要的意义。以黄土高原沟壑区安塞水土保持综合试验站大豆地的黄土为测试土壤,利用双环、单环、圆盘入渗仪、Hood入渗仪4种方法测定了土壤入渗性能,并以双环法测定的稳渗速率、Hood仪测定的饱和导水率、单环/双环和圆盘测定的累积入渗量为基础,比较分析了4种方法各自的优劣。结果表明,单环、圆盘、Hood测定的稳渗速率分别为双环的116%,111%和225%,双环、单环、圆盘测定的饱和导水率分别为Hood的65.8%,75.1%和105%,双环、单环、圆盘达到稳渗时间分别为100,80和30min。说明圆盘测得的稳渗速率、饱和导水率最接近标准值,而且省时省力省水,更适合于野外实验。

强降雨作用下堆积碎石土渗流规律研究

强降雨致堆(残坡)积碎石土渗透特性改变是触发滑坡、泥石流等降雨诱发型灾害的关键因素。为探究降雨入渗诱发滑坡的动态机制,通过自制一维渗透仪与二维边坡降雨入渗模型,对水竹湾隧道旁具有级配代表性的碎石土进行强降雨入渗试验,并通过Seep/w软件进一步分析堆积碎石土湿润锋迁移入渗规律。研究结果表明:一维入渗深度-时间曲线存在阶梯状趋势,即湿润锋迁移速度首先随表层土含水率的突增迅速增加至最大值,然后缓慢减小,最后湿润锋迁移速度略微增大;湿润锋平均迁移速率随雨强的增大趋近线性增长;碎石土沉降变形在入渗过程中经历缓慢增长、急剧增大、逐渐停滞3个阶段;坡顶、坡腰及坡脚处入渗速率与一维入渗速率分别满足指数关系、对数关系及线性关系;雨水最终入渗深度由大到小依次为坡脚、坡顶、坡腰。

新型多功能渗透仪与达西定律实验教学

地下工程实践活动中,渗流问题普遍存在。开展室内渗透(达西)实验教学对于学生熟悉渗流的基本原理,掌握地下水稳定流、非稳定流定量分析理论具有至关重要的意义。常规达西定律实验装置可以获取单一均质介质的渗透系数。作者研制了一套多功能渗透试验仪,能更好地模拟自然界中双层或多层结构含水层中的渗流;提供学生在实验中根据不同的渗透介质、渗流方向和实验方法,自行设计、选择不同的组合方案开展实验工作的机会。

非饱和土直渗仪的研制与应用

基于对非饱和土-黄土灾害的认识,设计了一套非饱和土垂直渗流实验仪。实验仪器包含降雨、径流、渗流(取样)以及富集等装置,可以较好地模拟大气降水、灌溉水等在黄土中入渗、富集过程,获得土体渗流路径、入渗锋面移动速度、渗透水量等参数;可以建立径流量-时间关系(径流速度)、雨水入渗锋面位移-时间关系(渗流速度)、渗流量-时间关系(富集速度),对黄土灾害(滑坡、崩塌、泥流等)研究具有重要意义。采用实地原状黄土试样进行实验,结果表明:实验仪器能够较好获取所需要的黄土渗透参数,简单而有效。

GCL柔性壁渗透仪测试过程中相关问题的探讨

土工合成材料粘土衬垫(GCL)是一种新型的土工合成防渗材料,具有很好的不透水性。在工程的应用中,其水力防渗性能是至关重要的参考指标。主要介绍了GCL柔性壁渗透仪装置及测试原理,并针对该装置在使用方法的开发过程中遇到的相关问题进行了探讨。

风火山流域土壤入渗特征与环境因子的关系分析

通过对青藏高原风火山流域2005—2007连续3 a的土壤水分入渗试验,运用回归分析方法和旋转主成分分析法,对影响土壤入渗过程的地温、土壤深度、土壤理化性质、植被盖度、土壤初始含水率等环境因子进行了分析。结果表明,随着植被盖度的增加,土壤入渗能力随之增强。土壤饱和导水率与土壤有机质、全氮、粒度正相关,与之均呈幂函数关系;饱和导水率与土壤初始含水率之间具有负幂函数关系。随着土壤温度从0℃的逐渐升高,土壤饱和入渗率先有微弱下降,然后呈现急剧上升趋势,两者呈二次函数关系。影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子可以归类为土壤质地及其理化属性、土壤疏松程度和亲水有机胶体团粒3个主成分。

Guelph入渗仪在测定盐田土壤渗透性上的应用

文章首次将Guelph入渗仪用于盐田土壤渗透量的测定。获得了南堡盐场一支队、二支队、五支队部分结晶单元调节和蒸发区盐田土壤渗透系数,测定盐田卤水浓度范围为15.0°Be′~22.6°Be,′渗透系数值基本在0.48mm/d^0.29mm/d之间。实验结果表明:南堡盐场盐田土壤为发育成熟的盐田土壤。Guelph入渗仪最佳的适用条件是不饱和土壤渗透系数的测定,而盐田蒸发结晶池土壤大部分为饱和土壤,因此在应用该设备来测定盐田土壤渗透性时需慎重选择测试点。

土工织物双向可拉伸多功能渗透试验装置

为揭示土工织物工程应用时处于拉伸状态下的渗透和反滤特性,自主研制了一套多功能渗透试验装置。采用两套独立的、稳定可靠的砝码和杠杆加载机构,可以实现土工织物在单向和双向不同拉伸应力作用情况下的渗透试验。设计开发了一种多功能渗透仪,可以开展纯土工织物以及覆土土工织物在垂向无压和有压情况下的常水头和变水头渗透试验。初步应用结果表明,该试验装置在土工织物无拉伸和无垂向压力情况下的渗透试验结果与满足国标和国际标准要求的渗透仪的试验结果基本一致,且能够实现试验装置设计的所有功能,为后续开展土工织物拉伸条件下渗透和反滤特性的试验研究奠定了基础。

高压土工渗透仪的研制与探讨

介绍了一种高压土工渗透仪研制的试验原理、测定方法及计算公式推导,并以塑性混凝土渗透系数的测定为例进行了试验研究.结果表明:这种高压土工渗透仪可适用于有较小渗透系数 (10-6 ~10-9 cm/s)的塑性混凝土及水泥土等材料在高压力状态下 (0 2~0 8MPa)渗透系数的测定,且能大大缩短柔性材料渗透系数的测定周期.