一种非饱和土相对渗透系数的试验数值联合估计法.docVIP

一种非饱和土相对渗透系数的试验数值联合估计法 　　摘要：由于非饱和土相对渗透系数对饱和度的变化十分敏感，因此通过试验测定非饱和土相对渗透系数并不容易。以广义达西定律和van Genuchten模型为理论依据，可通过简单的蒸发试验和数值分析，获得非饱和状态下土壤的相对渗透系数。模拟结果和试验数据的对比分析表明，该方法得到的非饱和土相对渗透系数具有一定的可靠性，在有限元反分析模型参数方面具有一定的创新性，但其实际精度还有待通过试验对比来进一步验证。 　　关键词：非饱和土；饱和度；蒸发试验；数值分析；相对渗透系数 　　中图分类号：TU43 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1114-04 　　Abstract：The relative hydraulic conductivity of unsaturated soil is sensitive to the change of saturation，so it is hard to determine the relative hydraulic conductivity through experiments.Based on the generalized Darcy′s Law and van Genuchten′s model，a simplified numerical model for predicting the relative hydraulic conductivity of unsaturated soil was derived.Through the simple evaporation experiment and numerical analysis，the relative hydraulic conductivity with function of water saturation was obtained.The numerical results were compared with the observed experimental data，which suggested that this method has certain reliability and it has certain innovation in the aspects of the finite element back analysis of model parameters.However，the practical accuracy of the new method needs further verification through experimental comparison. 　　Key words：unsaturated soil；saturation；evaporation experiment；numerical analysis；relative hydraulic conductivity 　　土的渗透系数及相对渗透系数是土的主要特性指标之一，是描述孔隙水在土壤孔隙中流动性质一种度量[1]，是反映水在非饱和土壤孔隙中迁移的重要参数，在雨水引起的边坡稳定性、路基变形、土石坝黏土心墙渗流控制、岩土工程施工、农业土壤环境研究中起着重要的作用，因此是国内外非饱和土研究中的一个重要课题。 　　对于饱和土来说，其渗透系数认为是孔隙比的函数[2]，在分析问题时一般假定其为常数；而对于非饱和土，其渗透系数同时受到孔隙比和饱和度变化的强烈影响。土壤固结以后或者在干燥失水过程中，孔隙比变化可能很小，它对渗透系数的影响是次要的，但饱和度变化的影响则是十分重大的。即便是在接近饱和的状态下（吸力介于0～1 kPa），基质吸力的微小变化也将引起相对渗透系数1～3个数量级的改变[3]。饱和度通常描述为基质吸力的函数，其相互关系为基质吸力与饱和度关系曲线。用基质吸力与饱和度关系曲线或土壤水分特征曲线（SWCC），可以推导出许多预测渗透系数的模型，如Brooks and Corey[4]，Campbell[5]，van Genuchten[6]。在这其中，van Genuchten模型无疑是应用最广泛的模型[7]。van Genuchten在Mualem模型[8]的基础上，通过参数变换，推导出能够预测渗透系数的闭合方程。通过van Genuchten模型可以明确地描述多种土样的土壤水分特征曲线（SWCC），这些土样包括扰动土和非扰动土[9]，粘土和壤土[6]，甚至是泥炭土[10]。模型模拟结果的可靠度很大程度上取决于参数的准确度（Loague and Green[11]；Jarvis et al.[12]）。 　　通过试