一种可测定变温下饱和―非饱和土水力学参数的实验装置.docVIP

一种可测定变温下饱和―非饱和土水力学参数的实验装置 　　摘要：为了研究温度对饱和-非饱和土水力参数的影响，根据达西定律，研制了一种变温下饱和-非饱和土水力参数测定装置，该装置包括实验筒、供水与回水系统和数据采集系统。该装置可以获得不同温度下饱和渗透系数、给水度和土壤水分特征曲线、非饱和渗透系数、比容水量和扩散率等参数，进一步可以获得这些参数与温度的数学表达式；该实验装置所用试样大，减少了小试样测试结果的随机性，且测定参数多、自动化程度高，具有推广应用价值。 　　关键词：饱和-非饱和土；水力参数；温度；达西定律 　　中图分类号：TU411 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2016）04-0142-05 　　Abstract：In order to study the effect of temperature on the saturated-unsaturated hydraulic parameters，the measurement device for determining hydraulic parameters of saturated-unsaturated soils under variable temperature was developed based on Darcy′s law，which contained test column，water supply and return system，and data acquisition system.The device could obtain the saturated permeability coefficient，water and soil water characteristic curve，and unsaturated permeability coefficient parameters，the water capacity and the diffusion rate at different temperatures.Then，the mathematical expressions of temperature and these parameters could be further obtained.In addition，it was shown that the high automatic degree device had popularization and application value for large samples to reduce the randomness of the small sample and determined the parameters of saturated-unsaturated soils. 　　Key words：saturated and unsaturated soils；hydraulic parameters；temperature；Darcy′s law 　　西北黄土高原区是地质灾害主要频发区之一，黄土的特有性质以及气候影响是导致灾害形成的主要因素，其中冻融作用不容忽视[1-2]。在黄土地区，冻融作用不但改变了黄土的性质，同时也影响着黄土区的水文地质条件。冻融过程中，黄土受温度的影响热胀冷缩，使黄土的水文参数发生变化，地下水的补径排条件发生改变[3]，导致区内地下水水位上下波动，引发黄土冻融滑坡。季节性冻土的水文特性研究开始于上世纪七十年代，主要研究有冻融过程中水-气-热的运移、黄土性质与水文地质参数关系等方面[4-8]。已有研究表明，饱和-非饱和土水力参数是研究黄土斜坡水文循环机理及评价斜坡稳定性的关键参数，且受温度和密度变化的影响[9-10]。 　　关于不同温度下饱和-非饱和土水力参数的测定，已有部分专家学者开展了卓有成效的研究。如高红贝等在研究温度对土壤水分运动参数的影响时，采用冷冻离心机、定水头垂直土柱装置和一维水平土柱装置等3种实验装置分别测定了土壤水分特征曲线、导水率、扩散率和比水容量等参数[10]；张富仓等在可控温度的恒温箱内，利用小型压力室和水平土柱分别测定了土壤水分特征参数和土壤水分扩散率[11]；冯宝平研制了高、中、低温度段的3个土柱入渗实验装置，获得了不同温度段下土壤水分运动参数，且土壤含水率采用烘干法进行测量[12]；卢靖等将土样装入环刀内，利用高速离心机法获得了不同温度和密度下的非饱和黄土土壤水分特征曲线[13]。然而，上述饱和-非饱和土水力参数测定过程较繁琐或者测定的参数指标少；针对多个土水力参数的测定，将会耗费较多的时间和经费且可靠性不高。因此，本文开发了一种测定变温下饱和-非饱和土水力