非饱和黄土入渗试验研究

• 作 者: 张亚卿
• 机 构: 长安大学
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 非饱和黄土 入渗规律 含水率 基质吸力

野外调查表明，黄土地区地下水位一般高于临河水位，地下水没有临近河流水源的补给，因此大气降水(局部灌溉)成为黄土地区地下水仅有的补给来源。通过天然降雨剖面、人工降雨剖面、灌溉剖面观测不同深度的含水率，发现地表水在黄土中的浸润深度有限，难以到达地下水位，因此黄土中的地表水是如何运移并补给地下水是人类一直感兴趣的课题。本文拟通过现场观测和试验的方法，揭示降雨在非饱和黄土中入渗规律及补给地下水的机理。　　考虑到以往试验观测深度小、时间短，且降雨在黄土中的入渗规律和影响深度尚不明确。本文在甘肃省正宁县设立监测站，开挖一口深96.0m，直径1.0m观测井，用以监测黄土塬区地表水入渗补给地下水的完整过程。地面设置雨量计、气压计、空气温度计及空气湿度计；井壁插入土壤水分计；井底水位面以下设置水位计。结果显示：降雨引起土体含水率增大，最大浸润深度不超过4.0m；降雨量越大，土壤含水率增幅越大，含水率增大的响应时间越快，影响深度越大，随着深度增加，增幅减小，时间上渐有滞后；非饱和黄土中，水分入渗主要以非饱和渗流或水汽形式迁移；地下水位受气压的影响明显，和当前降雨无明显联系。　　针对现场监测得出的规律，在室内做了一个小型土柱模型试验，取塬边L1马兰黄土，人工加水模拟降雨，测量加水过程中含水率与基质吸力的随时间的变化。通过测得的含水率与基质吸力，结合黄土中应用最广泛的Gardner、van Genuchten和Fredlund&Xing三种理论模型拟合试验数据，得到重塑马兰黄土的土水特征曲线，结果表明Fredlund&Xing模型的拟合度最高。马兰黄土重塑样中，湿润锋扫过的土壤含水率不变，最大值与饱和含水率的比值为0.74。　　同时，基于非饱和理论建立监测井和土柱试验模型，利用Geo-Studio软件结合试验测得的土水特征曲线及渗透性曲线，模拟降雨和土柱试验中水在黄土中的入渗过程。模拟结果与现场监测结果、室内试验结果相吻合。说明水在黄土中的渗流属于非饱和渗流，对非饱和渗流理论在实际工程中的应用提供了依据。