非饱和裂隙孔隙岩体持水曲线的预测研究
岩石裂隙毛管压力-饱和度关系曲线的试验研究-水科学进展
第9卷第2期 1998年6月 水科学进展A DVANCES IN WA TER SCIENCE Vo l.9,N o.2 Jun.,1998 岩石裂隙毛管压力-饱和度关系曲线的试验研究叶自桐 韩 冰 杨金忠 周创兵(武汉水利电力大学水利系 武汉430072)摘 要 介绍了三峡花岗岩体裂隙毛管压力-饱和度试验。
试验采用互不溶混驱替法。
试验结果表明,在渗流基本特征方面,裂隙非饱和渗流毛管压力-饱和度关系曲线与空隙介质水分特征曲线具有相似性,如毛管压力-饱和度关系曲线的滞后现象;湿润流体(水)的排泄曲线具有进气压和束缚水饱和度;非湿润流体的吸湿曲线具有残余饱和度。
这种相似性表明,孔隙介质非饱和渗流的研究成果可用于裂隙非饱和渗流,孔隙介质水分特征曲线的解析模型,可用于研究裂隙毛管压力-饱和度关系曲线和拟合毛管压力-饱和度排泄曲线的试验数据。
关键词 岩石裂隙 毛管压力 饱和度 试验分类号 P641.135岩体渗流补给主要来源于降雨入渗和/或因降雨形成的地面水体的入渗,因此,岩体裂隙渗流状况具有明显的季节性。
由于导水和持水特性的差异,在某一入渗补给强度下,风化岩体自上而下形成饱和—非饱和带交替分布渗流场;在非降雨入渗季节,风化岩体中主要是饱和—非饱和渗流状态交替分布的孔隙—裂隙渗流。
除在降雨季节及其饱和滞后期外,岩体裂隙系统处于非饱和渗流状态。
在非饱和状态下,渗透不均匀性、各向异性,以及渗流与变形间的耦合效应更加显著。
孔隙和裂隙介质中水分运动,是既相类似、又有显著差异的两类渗流现象。
它们基本渗流规律均服从达西定理。
由于岩体裂隙的空隙系统与孔隙介质的孔隙系统,在空隙和孔隙结构的几何特征、空间分布等方面的差异,使得裂隙和孔隙系统中渗流的基本特性具有很大差异。
对孔隙介质可通过引入表征单元体(REV)概念[1],将其孔隙尺度上固体颗粒——孔隙非连续体,概化为宏观尺度(远大于孔隙尺度)上的孔隙连续体,孔隙介质渗流的基本物理和水力参数比较易于测定和确定。
裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析
裂隙非饱和渗流试验研究及地表入渗裂隙岩体渗流数值分析1.本文概述本文旨在探索裂隙中非饱和渗流现象的实验研究方法和理论，通过数值分析方法全面分析具有地表入渗效应的裂隙岩体的渗流特性。
裂隙非饱和渗流是地下工程、环境地质、能源开采等领域广泛关注的重要问题。
其复杂性源于裂缝介质的非均质性和各向异性，以及与饱和和非饱和转换过程的密切耦合。
有鉴于此，本研究的目的是为理解这种复杂的渗流行为提供坚实的经验基础和精确的模拟工具。
阐述了裂缝非饱和渗流试验的设计与实施过程。
我们使用先进的实验室设备模拟真实的裂缝结构，精确控制水条件，实现非饱和状态下的渗流实验。
在实验中，重点考察了裂缝几何特征（如宽度、间距、连通性）、孔隙介质特征（如粒度分布、孔隙度、渗透率）和边界条件（如压力梯度、入渗速率）等因素对非饱和渗流规律的影响。
通过精心设计的一系列对比实验，该系统收集并分析了非饱和渗流流速、压力分布、水分特征曲线等关键数据，旨在揭示裂缝中非饱和渗流的内在机理及其对各种影响因素的敏感性。
本文建立了地表入渗条件下裂隙岩体渗流问题的详细三维数值模型。
该模型充分考虑了裂隙网络的复杂性、非饱和土壤水动力方程以及地表入渗水流的动态注入过程。
采用有效的数值计算方法，如有限元法或有限差分法，求解模型，模拟不同降雨模式、地表覆盖条件和裂隙网络参数变化下裂隙岩体内部的水传输、饱和度分布和压力场。
通过与实验数据的比较和验证，保证了数值模型的准确性和可靠性。
在理论分析层面，本文还探讨了非饱和渗流理论在裂隙介质中的适用性和修正性，包括BrooksCorey、van Genuchten等模型在描述裂隙介质水特征曲线方面的适应性，以及考虑裂隙粗糙度和毛细管力效应等因素进行非达西流修正的必要性。
这些理论探索有助于更深入地理解裂缝中非饱和渗流的基本规律，并为改进模型参数的选择和标定提供理论指导。
本文将严格的实验研究与先进的数值分析相结合，系统地探讨了裂隙中的非饱和渗流现象及其在地表入渗条件下的表现。
《2024年非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文针对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线进行实验研究，通过对不同含水率、干密度的风积沙样本进行试验分析，获取其土-水特征曲线的变化规律。
并基于实验数据，对现有模型进行修正，以更准确地描述非饱和风积沙的土-水特性。
本文的研究成果对于风积沙路基的工程设计、施工和维护具有重要的理论和实践意义。
一、引言非饱和土的土-水特征曲线是描述土体吸力与含水率之间关系的曲线，对于非饱和土的工程性质研究具有重要意义。
风积沙作为一种常见的路基填料，其土-水特征曲线的准确测定对于保障路基的稳定性和耐久性至关重要。
本文通过实验研究，旨在揭示非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线变化规律，并对现有模型进行修正，以期为相关工程提供更为准确的理论依据。
二、试验材料与方法1. 试验材料本文选取了不同粒径、不同干密度的风积沙作为试验样本，以保证试验结果的全面性和代表性。
2. 试验方法采用压力板仪法进行土-水特征曲线的测定。
通过控制土样的干密度和含水率，测量不同吸力下的含水率变化，绘制土-水特征曲线。
三、实验结果与分析1. 土-水特征曲线变化规律通过对不同样本的试验分析，发现非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线呈现出明显的变化规律。
随着吸力的增大，含水率逐渐降低，且干密度越大，土-水特征曲线的变化趋势越明显。
2. 现有模型修正基于实验数据，对现有非饱和土的土-水特征模型进行修正。
通过引入风积沙的特殊物理性质（如粒径、形状等），对模型参数进行优化，使模型更能准确地描述非饱和风积沙的土-水特性。
四、模型修正与验证1. 模型修正根据实验结果，对原有模型中的参数进行调整，以更好地反映非饱和风积沙的土-水特征。
修正后的模型在描述土体吸力与含水率之间的关系时，具有更高的准确性。
2. 模型验证通过与多组风积沙样本的实验数据进行对比，验证了修正后模型的准确性和可靠性。
结果表明，修正后的模型能够更准确地描述非饱和风积沙的土-水特征。
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文以非饱和风积沙路基土为研究对象，通过土-水特征曲线试验，探讨了其水分迁移与保持特性。
同时，结合现有模型，对试验数据进行模型修正，旨在为非饱和风积沙路基的工程设计与施工提供理论依据。
一、引言非饱和风积沙路基土作为常见的工程地质材料，其土-水特征曲线是反映其水分迁移与保持特性的重要参数。
了解这一特性对于确保路基的稳定性及持久性至关重要。
近年来，虽然针对该领域的研究已取得了一定的成果，但随着工程技术的不断发展，对于其土-水特征曲线的深入研究和模型修正显得尤为迫切。
二、试验方法与材料本文采用室内试验的方法，选取特定地区的非饱和风积沙路基土作为研究对象。
试验中，通过控制变量法，系统地改变土样的含水率、干密度等参数，并利用压力板仪进行土-水特征曲线的测定。
试验材料主要选用当地风积沙路基土样。
三、试验过程与结果分析在试验过程中，我们详细记录了不同含水率及干密度条件下，非饱和风积沙路基土的吸力和体积含水率变化情况。
通过绘制土-水特征曲线，可以清晰地看到水分在土壤中的迁移和保持情况。
此外，我们还发现土样的物理性质如颗粒大小、结构等对土-水特征曲线也有显著影响。
四、模型修正针对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线，我们采用了目前较为流行的Van Genuchten模型进行拟合。
在拟合过程中，我们根据试验数据对模型参数进行了修正，使得模型更加贴近实际土壤的水分迁移与保持特性。
修正后的模型不仅提高了预测精度，还为非饱和风积沙路基的工程设计提供了更为可靠的依据。
五、结论与展望通过本文的试验研究与模型修正，我们得到了以下结论：1. 非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线受含水率、干密度、颗粒大小及结构等因素的影响。
2. Van Genuchten模型能够较好地描述非饱和风积沙路基土的水分迁移与保持特性，但需根据实际试验数据进行参数修正。
3. 修正后的模型能够提高预测精度，为非饱和风积沙路基的工程设计与施工提供更为可靠的依据。
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。
与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。
这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。
因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。
若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。
因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。
本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。
最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。
分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。
给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。
非饱和黄土的土水特征曲线试验研究
非饱和黄土的土水特征曲线试验研究作者：郑娟赵丽娅刘保健来源：《南水北调与水利科技》2015年第06期摘要：采用压力膜仪对非饱和重塑土在不同干密度下的土水特征曲线进行了研究。
试验结果表明：试样干密度越小，低吸力段曲线斜率变化越大，残余含水率越低，持水能力越差。
随着吸力增加，其含水率随基质吸力增大而减小的幅度越来越小，最后趋于平缓。
采用幂函数对获取的数据进行拟合，拟合效果较理想。
对比VG模型，吻合度较高。
同时，采用微型贯入仪对每级吸力作用下的土样进行贯入试验，获取基质吸力与地基承载力、液性指数及压缩模量的关系。
关键词：非饱和土；压力膜仪；基质吸力；土水特征曲线；数据拟合；幂函数；VG模型；微型贯入仪中图分类号：TU41 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1138-05Abstract：Pressure plate extractor is used to study the soil water characteristic curve of unsaturated remolded soil under different dry densities.The results showed that （1） when the sample has smaller dry density，the slope of soil water characteristic curve has higher variation during the low suction segment，the residual water rate is lower，and the moisture holding capacity is worse；（2） with the increase of suction，the decreasing range of moisture content becomes smaller with the increase of matrix suction and tends towards stability；（3） the power function has good results to fit the obtained data obtained；and （4） the soil water characteristic curve results are similar to those tested by VG model. At the same time，penetration tests were carried out for the soil samples under each suction effect using the micro penetrometer，and the relationships between matric suction and bearing capacity of the foundation，liquid index，and compression modulus were obtained.Key words：unsaturated soil；pressure plate extractor；matrix suction；soil water characteristic curve；data fitting；power function；VG model；micro penetrometer土水特征曲线（swcc）是表示非饱和土的吸力与含水率的关系曲线，根据土水特征曲线可以确定非饱和土的许多重要信息，如渗透系数，抗剪强度[1-3]等，在工程应用中有十分重要的意义。
土壤水分特征曲线测定
土壤水分特征曲线测定实验一、实验原理土壤水分特征曲线（又称持水曲线，见图1）是土壤含水量与土壤水吸力的关系曲线，该曲线能够间接反映土壤孔隙大小的分布，分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性等，在水文学、土壤学等学科的研究与实践中都具有重要作用。
目前，负压计法是测量土壤水吸力最简单、最直观的方法，而时域反射仪（TDR）是测量土壤体积含水率的最常用、最便捷的方法之一。
图1 土壤水分特征曲线（一）负压计负压计由陶土头、腔体、集气管和真空（负压）表等部件组成（见图2）。
陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小而均匀的孔隙，被水浸润后会在孔隙中形成一层水膜。
当陶土头中的孔隙全部充水后，孔隙中水就具有张力，这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头，但阻止空气通过。
将充满水且密封的负压计插入不饱和土样时，水膜就与土壤水连接起来，产生水力上的联系。
土壤系统的水势不相等时，水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动，直至两个的系统的水势平衡为止。
总土水势包括基质势、压力势、溶质势和重力势。
由于陶土头为多孔透水材料，溶质也能通过，因此内外溶质势相等，陶土头内外重力势也相等。
非饱和土壤水的压力势为零，仪器中无基质，基质势为零。
因此，土壤水的基质势便可由仪器所示的压力（差）来量度。
非饱和土壤水的基质势抵于仪器里的压力势，土壤就透过陶土头向仪器吸水，直到平衡为止。
因为仪器是密封的，仪器中就产生真空，这样仪器内负压表的读数这就是土壤的吸力。
土壤水吸力与土壤水基质势在数值上是相等的，只是符号相反，在非饱和土壤中，基质势为负值，吸力为正值。
图2 负压计结构图（二）TDR土壤水分对土壤介电特性的影响很大。
自然水的介电常数为80.36，空气介电常数为1，干燥土壤为3~7之间。
这种巨大差异表明，可以通过测量土壤介电性质来推测土壤含水量。
时域反射仪以一对平行棒（也叫探针）作为导体，土壤作为电介质，输出的高频电磁波信号从探针的始端传播到终端，由于终端处于开路状态，脉冲信号被反射回来。
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要本文旨在研究非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线，并通过试验分析对其进行验证。
在现有的模型基础上，进行了相应的修正，为路基的稳定性和持久性设计提供有力的依据。
研究内容涵盖试验方法、数据分析和模型修正等方面，旨在为相关工程实践提供参考。
一、引言非饱和风积沙路基作为交通基础设施的重要组成部分，其土-水特征曲线研究对保证工程稳定性具有至关重要的意义。
本文将通过对非饱和风积沙的土-水特征进行深入研究，提出模型的修正方案，以适应不同的地质条件和应用场景。
二、土-水特征曲线的理论基础与重要性土-水特征曲线是描述土壤在吸力作用下含水率变化的特性曲线。
这一曲线对非饱和土壤的工程性质具有重要的影响，特别是对路基的稳定性和耐久性具有决定性作用。
通过分析土-水特征曲线，可以深入了解土壤的持水能力、体积变化和抗剪强度等重要物理特性。
三、试验方法与步骤本文采用了非饱和土壤吸力试验仪，通过控制吸力变化来测量土壤的含水率变化。
试验过程中，我们选取了不同含沙量、颗粒大小和密实度的风积沙样品进行测试。
为了得到准确的结果，我们还根据相关标准，严格进行了试验前后的样品准备与处理工作。
四、试验结果分析根据试验数据，我们绘制了非饱和风积沙的土-水特征曲线。
通过分析这些曲线，我们发现不同条件下的风积沙具有不同的土-水特征。
特别是对于含沙量较高、颗粒较大的样品，其土-水特征曲线表现出明显的非线性特征。
此外，我们还发现密实度对土-水特征也有显著影响。
五、现有模型的修正与验证基于试验结果，我们对现有的土-水特征模型进行了修正。
修正主要针对模型参数的调整和模型的非线性部分进行了优化。
通过将修正后的模型与试验数据进行对比，我们发现修正后的模型能够更好地反映非饱和风积沙的土-水特征。
此外，我们还使用其他文献中的数据对模型进行了验证，结果表明修正后的模型具有较好的适用性和准确性。
六、结论与展望本文通过对非饱和风积沙的土-水特征进行试验研究，提出了模型的修正方案。
非饱和土的土水特征曲线研究
1 概述
土水特征曲 线在非 饱和土 力学中 具有 重要 意 义, 分析它的影响因素是十分必要 的。在这方 面, 土壤学起步较早[ 1] , 但土力学中的土水特征曲线与 土壤学中的土水特征曲线在研究和应用中有一定区 别; 土力学中 不仅要考虑土体成分及结构的影 响, 还要考虑到应力状态的影响, 在应用中要分析土水 特征曲线与强度等力学指标的关系, 有待探讨的方 面很多。由于受测试方法的限制, 土水特征曲线的 研究进展比较缓慢。
2002 年第 3 期
中的含水量范围测定和拟合土水特征曲线, 不必测 量高吸力范围段, 公式中的拟合参数容易确定, 应 用起来十分方便。
=s
0 ( ua - uw ) ( ua - uw ) b = s - n lg[ ( ua - uw ) ( ua - uw ) b ] ( 1)
( ua - uw ) ! ( ua - uw ) b 式中: 为体 积 含 水率; s 为饱 和 时 的 含水 率; ( ua - uw ) b 为 土体的进气 值; n 为斜线段 的斜率。 图 6 中土水 特征的拟 合参数为 n = 0 024, ( ua uw ) b = 10kPa。该公式的特点是可根据实际工程应用
2002 年第 3 期
图 1 南阳 原状土在不同固结压力下的土水特征曲线
吸力继续增加时, 两条曲线出现交点。虽然受测量 范围的限制, 不能看到曲线的进一步走势, 从图中 可以发现, 孔隙比对进气值以后的曲线斜率有很大 的影响, 孔隙比较大的土体储水系数也较大。总的 来看, 孔隙比对土水特征曲线的进气值和储水系数 都有较大的影响。
10 工程勘察 Geotechnical Investigation & Surveying
图 5 南阳 A、B 土原状样、击实样的土水特征曲线
非饱和土土水特征曲线特性研究
河南建材2020年第2期非饱和土土水特征曲线特性研究孙广利张倚宁吉林建筑大学测绘与勘查学院（130118）摘要:土水特征曲线是岩土工程界的热点问题。
土水特征曲线是土的含水率或饱和度随基质吸力变化的一个特征曲线。
饱和土是由气态、液态、固态三相比例指标组成。
饱和土体土水特征曲线研究基本成熟，非饱和土体土水特征曲线特性研究还有不足。
文章利用英国欧美GDS三轴仪测得围压值不变但基质吸力变化下的非饱和土土水特征曲线的试验数据，并绘制土水特征曲线，结果表明，基质吸力小于100kPa，粘聚力与基质吸力是非线性增长，增长曲线逐渐变缓；基质吸力大于100kPa，粘聚力与基质吸力呈线性增长。
关键词:GDS三轴仪；土水特征曲线；基质吸力；非饱和土0引言非饱和土被认为是由四相组成,除了固相、气相和液相之外,非饱和土中的水气分界面应看作是另一种独立的相,称之为收缩膜。
非饱和土土水特征曲线的概念来自于土壤学,是土的含水率(重量含水率或体积含水率)或饱和度随吸力(基质吸力或总的吸力)变化的一个特征曲线。
在自然界中,非饱和土存在的比较广泛。
在工程中经常遇到的许多问题(土坡的稳定性分析,地基承载力的计算,渗流问题,土压力问题)都与非饱和土的抗剪强度密切相关。
由于非饱和土是四相体系组成,所以非饱和土的工程性质非常复杂,由于水气分界面存在一个独立的收缩膜,所以非饱和土抗剪强度很难确定。
在非饱和土土力学中分析土的应力状态变量和抗剪强度,非饱和土抗剪强度与基质吸力有密切关系,基质吸力等于孔隙气压力减去孔隙水压力。
基质吸力与土中的含水率有着密切的关系,随着含水率的减小或增加,基质吸力会变化,这就需要研究土水特征曲线如何影响非饱和土抗剪强度指标。
对于非饱和土的研究来说,最重要是研究土水特征曲线特征,即本构关系,现在研究非饱和土都是通过基质吸力来分析的,忽略了土体围压对土水特征曲线的影响。
文章基于基质吸力,在改变围压的情况下展开研究,拟合更好的符合实际工程发生的水土特征曲线。
地下水动力学(全)
1。
地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、和喀斯特岩石中运动规律的科学。
它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程,对地下水从数量和质量上进行定量评价和合理开发利用，以及兴利除害的理论基础。
2. 流量：单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。
3。
渗流速度（比流量)：假设水流通过整个岩层断面（骨架+空隙)时所具有的虚拟平均流速,定义为通过单位过水断面面积的流量。
4。
实际速度：孔介质中地下水通过空隙面积的平均速度；地下水流通过含水层过水断面的平均流速，其值等于流量除以过水断面上的空隙面积，量纲为L/T。
4. 渗流场:发生渗流的区域称为渗流场.由固体骨架和岩石空隙中的水两者组成5。
层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。
6。
紊流：水质点作无秩序、互相混杂的流动.7。
稳定流与非稳定流:若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时，称为稳定流，否则称为非稳定流。
8。
雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值.9. 雷诺数的物理意义:水流的惯性力与黏滞力之比.10. 渗透系数:在各项同性介质（均质)中，用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度，称之为渗透系数。
11. 流网:在渗流场中，由流线和等水头线组成的网络称为流网。
12. 折射现象：地下水在非均质岩层中运动,当水流通过渗透系数突变的分界面时，出现流线改变方向的现象。
13。
裘布依假设：绝大多数地下水具有缓变流的特点。
14。
缓变流：各流线接近于平行直线的运动14. 完整井:贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。
15. 非完整井：未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。
16。
水位降深:抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值.17. 水位降落漏斗：抽水井周围由抽水（排水）而形成的漏斗状水头（水位）下降区，称为降落漏斗。
18。
影响半径：是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。
非饱和土力学 pdf
非饱和土力学是土力学的一个分支，主要研究非饱和土的力学性质和行为。
非饱和土是指土壤中的孔隙部分被空气和水占据，而不是完全被水填满的情况。
非饱和土力学涉及以下方面的研究：
1.水分特征曲线：描述土壤中水分含量与吸力之间的关系，对于理解土壤的水分状态和流动特性非常重要。
2.吸力：非饱和土中的吸力是指土壤对水的吸引力，它是由土壤颗粒表面的吸附力和毛细作用产生的。
3.强度和变形特性：研究非饱和土的强度、变形和固结行为，以及吸力对这些特性的影响。
4.渗流和固结：探讨非饱和土中的水分流动和固结过程，包括渗流速度、固结系数等参数的确定。
5.边坡稳定性：研究非饱和土边坡的稳定性问题，考虑吸力和水分对边坡稳定性的影响。
6.地下水位变化：分析地下水位升降对非饱和土的力学响应和变形的影
响。
7.数值模拟和实验技术：开发用于研究非饱和土力学问题的数值模型和实验方法。
非饱和土力学在土木工程、地质工程、环境工程等领域具有重要应用，例如地基基础设计、边坡稳定性分析、地下水资源管理和环境修复等。
深入研究非饱和土力学对于确保工程的安全性和可持续性至关重要。
岩体裂隙非饱和渗流计算分析
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald44DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.21.044岩体裂隙非饱和渗流计算分析①李佳仪1 董舒2(1.重庆大学土木工程学院 重庆 400044;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430010)摘 要：基于降雨入渗过程裂隙非饱和渗流对边坡稳定性的影响，概括了裂隙岩体地下水渗流模拟的三种数学模型，针对裂隙网络射流模型，结合裂隙网络非饱和非恒定渗流基本假定，提出了非饱和单裂隙渗流的有限元计算格式与时间差分格式，通过垂直裂隙降雨入渗模拟，结果表明水体垂直下渗过程中，随着时间增长单裂隙内水压力逐步增大。
关键词：单裂隙 非饱和渗流 数值模拟中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)07(c)-0044-02①作者简介：李佳仪（1998—），女，汉族，湖北武汉人，本科在读，主要从事建筑及 水环境等方面的研究工作。
岩体在内动力（成岩作用、变质作用）和外动力（构造作用、表生作用）下会形成大量裂隙，这些裂隙构成的网络系统，成为了岩体地下水流动的主要通道。
在边坡降雨入渗过程中，岩体裂隙的渗透系数远大于岩块孔隙的渗透系数，因此，水体在重力的作用下从地表入渗，以较快的速度沿裂隙方向深入地下岩体，就能迅速在岩体地下水位以上非饱和区形成暂态饱和区，随着地下水位的上升，加大了边坡内孔隙水压力。
降雨强度愈大，历时愈长，孔隙水压力愈大，对边坡的稳定性影响不可忽视[1-5]。
1 裂隙岩体的渗流分析模型目前数学上求解裂隙岩体地下水渗流场模型分为三种：等效连续介质模型、离散裂隙网络模型、双重介质模型。
（1）等效连续介质模型。
用较成熟的连续介质理论来描述裂隙岩体的渗流方程，当裂隙相对密集可进行与时间无关的恒定渗流场分析。
（2）双重介质模型。
将岩体作为弱渗透介质，考虑岩块孔隙与岩体裂隙之间的水交换作用。
重塑弱膨胀土土-水特征曲线及非饱和渗透特性试验研究
重塑弱膨胀土土-水特征曲线及非饱和渗透特性试验研究重塑弱膨胀土土-水特征曲线及非饱和渗透特性试验研究引言：弱膨胀土是土工工程中常见的一类土层，其含水性对土体的力学性质及水分迁移起着重要的影响。
因此，了解弱膨胀土的土-水特征曲线及非饱和渗透特性对土工工程的设计与施工具有重要的意义。
本文旨在通过实验研究，对弱膨胀土的土-水特征曲线及非饱和渗透特性进行全面认识。
1. 实验材料及方法1.1 实验材料本次试验选用的弱膨胀土为某市地区常见的黄土。
其粒径分布范围在0.075mm至2mm之间，含水率较高。
1.2 实验方法试验采用室内模拟实验的方法进行，包括土-水特征曲线试验及非饱和渗透特性试验两个方面。
2. 土-水特征曲线试验土-水特征曲线是表征土壤粒间水分吸附-排斥特性的重要指标。
试验中，对不同含水率的弱膨胀土进行质量分析，然后在高温环境下进行烤干处理，最后再加水重现湿化过程。
通过记录土壤质量变化及含水率变化，得出土-水特征曲线。
实验结果表明，在不同含水率下，弱膨胀土的等效含水量与毛细吸力之间存在一定的关系。
随着毛细吸力的增加，等效含水量逐渐减小。
同时，弱膨胀土在干燥时的含水率较难恢复到原状含水率，表现出明显的吸附-排斥特性。
3. 非饱和渗透特性试验非饱和渗透特性试验旨在研究弱膨胀土在非饱和状态下的渗透性能。
试验中，选择饱和状态下的土样，通过施加不同水头压力，观察土体的渗透性。
实验结果表明，弱膨胀土的渗透性在非饱和状态下受到水头压力的显著影响。
随着水头压力的增大，渗透速率逐渐增加。
由于土壤孔隙度较大，水分移动自由度较高，使得渗透性较强。
此外，弱膨胀土的非饱和状态下渗透系数与土体的含水率、毛细吸力等参数有一定关系，但具体的关系需要进一步研究探索。
4. 结论通过对弱膨胀土的土-水特征曲线及非饱和渗透特性试验的研究，得出以下结论：- 弱膨胀土的土-水特征曲线表现出明显的吸附-排斥特性，湿化过程的含水率较难恢复到原状含水率。
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》范文
《非饱和风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正》篇一摘要：本文通过对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线进行试验研究，并基于试验数据对现有模型进行修正。
通过分析土-水特征曲线的变化规律，探讨了风积沙路基土的工程性质及其对水分迁移和水分状态的影响。
通过对比试验数据与修正模型的计算结果，验证了模型的有效性和实用性。
本文的研究结果可为非饱和风积沙路基的设计和施工提供理论依据和技术支持。
一、引言非饱和风积沙路基作为常见的道路建设材料，其土-水特征曲线的研究对于了解其工程性质具有重要意义。
土-水特征曲线反映了土体中水分状态与吸力（或基质势）之间的关系，是描述非饱和土体力学行为的关键参数之一。
然而，由于风积沙的特殊性，其土-水特征曲线与一般粘性土存在较大差异，因此需要对其进行专门的试验研究和模型修正。
二、试验方法与材料本文采用压力板仪法进行非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线试验。
试验所用材料为当地典型风积沙，通过颗粒分析、含水率测试等手段获取其基本物理性质指标。
试验过程中，通过逐渐增加负压（即增加吸力），测量不同吸力下土样的含水率变化，从而得到土-水特征曲线。
三、试验结果与分析根据试验数据绘制的土-水特征曲线表明，非饱和风积沙路基土的含水率随吸力的增加而降低，呈现出明显的非线性关系。
在低吸力范围内，含水率下降较快；随着吸力的进一步增加，含水率下降趋势逐渐减缓。
这一变化规律与一般粘性土有所不同，表明风积沙的透水性较好，对水分变化的响应较为敏感。
四、模型修正与验证本文选择了常见的VG（van Genuchten）模型和Power-law模型作为基础模型进行修正。
通过对试验数据进行拟合，调整模型参数，使得模型能够更好地反映非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线。
修正后的模型参数与试验数据进行了对比分析，结果表明修正后的模型能够较为准确地描述非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线。
五、结论通过对非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线进行试验研究与模型修正，本文得出以下结论：1. 非饱和风积沙路基土的土-水特征曲线呈现出明显的非线性关系，其变化规律与一般粘性土有所不同。
一种监测裂隙岩体非饱和带水汽运移规律的方法[发明专利]
![一种监测裂隙岩体非饱和带水汽运移规律的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3b70ff9e168884868662d654.png)
专利名称：一种监测裂隙岩体非饱和带水汽运移规律的方法专利类型：发明专利
发明人：苏丹辉,周建伟,柴波,董子超,韩旭
申请号：CN201910389009.9
申请日：20190510
公开号：CN110186643A
公开日：
20190830
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及地质勘测和岩土工程领域，具体提供一种监测裂隙岩体非饱和带水汽运移规律的方法，包括以下步骤：S1选取目标监测裂隙岩体、S2设置监测孔、S3测量每个监测孔内的温度和相对湿度、S4计算监测孔内的蒸气压和S5数据分析。
本发明的一种监测裂隙岩体非饱和带水汽运移规律的方法具有野外操作方便，监测结果精确等优点，可广泛应用于对各裂隙岩体其内非饱和带水汽运移规律的监测。
申请人：中国地质大学(武汉)
地址：430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
国籍：CN
代理机构：武汉知产时代知识产权代理有限公司
代理人：易滨
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非饱和土水特征曲线的温度效应
非饱和土水特征曲线的温度效应非饱和土水特征曲线是描述土壤水分保持性能的一种重要参数，其受到许多因素的影响，其中之一就是温度。
本文将从理论和实验两个方面探讨非饱和土水特征曲线的温度效应。
一、理论分析1. 水分吸附理论根据传统的水分吸附理论，土壤中的吸附水分主要是通过毛细力保持的。
而随着温度的升高，土壤的毛细力会降低，从而使得土壤的水分保持力下降。
因此，非饱和土水特征曲线在较高温度下应向右上方移动，即水分保持力降低，导致土壤的蓄水能力增加。
2. 细观结构理论温度对土壤颗粒间的吸附力也有一定影响。
在较高温度下，土壤颗粒的活动性增加，其间的吸附力会减小，导致水分在土壤颗粒间的持续力减小。
这将导致非饱和土水特征曲线的斜率变大，即水分吸附速度加快。
3. 降雨入渗理论温度对土壤的水分入渗也有一定的影响。
较高温度下，土壤颗粒活动性增加，土壤颗粒之间间隙增大，导致土壤的孔隙率增大。
这将使得土壤的渗透能力增强，降雨入渗速度加快。
因此，较高温度下，非饱和土水特征曲线的渗透能力增强。
二、实验研究1. 室内试验通过控制温度，利用室内试验研究土壤水分特征曲线的温度效应。
实验发现，在较高温度下，土壤的持水能力增强，饱和含水量增加，临界含水量减小，且曲线的斜率增大。
这与理论分析的结果相吻合。
2. 田间试验在野外具有不同温度条件的地区进行试验研究，结果表明，温度的升高会增加土壤的渗透能力，加快降雨入渗速度。
这意味着在较高温度下，土壤的蓄水能力增加，同时水分在土壤中的运动速度也加快。
三、结论和意义温度对非饱和土水特征曲线有显著的影响，其主要表现在土壤的水分保持力、渗透能力和输送速度等方面。
在较高温度下，土壤的蓄水能力增强，水分保持力下降，同时水分在土壤中的渗透速度加快。
这对于土壤保持水分平衡、提高土壤的水资源利用率具有重要意义。
此外，温度对非饱和土水特征曲线的温度效应也可以用于农业生产中的灌溉管理。
在温度较高的地区，可以通过增加灌溉量、降低灌溉频率等方式，使土壤的蓄水能力增加，提高灌溉效果。
裂隙岩石非饱和渗流模型研究
裂隙岩石非饱和渗流模型研究张金明;郑宝荣【摘要】由于岩石裂隙的分布遵循分形分布,在研究裂隙岩石非饱和渗流时,本文基于毛细吸持理论和分形理论,建立了分形维数与有效饱和度,水力传导系数间的关系,该模型为裂隙岩石非饱和渗流分形模型.探讨了分形维数与裂隙渗透率以及孔隙度的关系,本模型包含了Brook-Corey模型,当裂隙开度范围较大时,本模型与Brook-Corey模型一致.当裂隙开度范围不大时,本模型可以很好地描述有效饱和度、水力传导系数,因此,能比较好地描述岩石裂隙非饱和渗流特征,而此时Brook-Corey模型描述岩石裂隙非饱和渗流具有较大的误差.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2017(043)010【总页数】2页(P64-65)【关键词】非饱和渗流;Brook-Corey模型;裂隙【作者】张金明;郑宝荣【作者单位】中城投集团第八工程局有限公司,福建厦门 361000;中城投集团第八工程局有限公司,福建厦门 361000【正文语种】中文【中图分类】TU452在岩石的非饱和渗流中，渗透系数并不是一个定量，它是饱和度和孔隙率的函数，这使得非饱和渗流研究非常困难。
目前非饱和渗流的研究常常借鉴描述多孔介质渗流的Van-Genuchten 模型和Brook-Corey模型[1]，而岩石裂隙与多孔介质存在一定的差异，岩石中裂隙的非均匀性与各向异性严重影响了裂隙岩体渗流的非稳定性，因此，这两个模型在岩石裂隙中的应用需要进一步验证。
而大量的研究表明，岩石中的裂隙具有分形的特征[2-3]，目前对岩石裂隙的分形研究[4-5]通常假设其横断面为sierpinski地毯模型，或者假设体积为海绵模型，有鉴于此，本文从岩石裂隙的横断面分形研究出发，建立了比Brook-Corey模型更加适合岩石的非饱和渗流的本构模型。
某直径为Dn的分形体(如孔隙等)与其累计数N(如孔隙等)服从分形分布[6-9]：孔隙为毛细管，式中df是孔隙的面分形维数，Dn,max为孔隙的最大直径。
松散岩石孔隙度、持水度和给水度的测定
Ⅰ实验部分实验一松散岩石孔隙度、持水度和给水度的测定岩石的空隙是地下水赋存的场所和运移的通道，作为含水介质，空隙的性状严格控制着地下水的分布、埋藏和运动特征。
在孔隙水研究中，首先要对岩石的孔隙度、持水度和给水度进行实际测定，以了解岩层容水、持水和给水能力等方面的水文地质特征。
岩石的孔隙度是用以表征岩石容水性能的重要指标;岩石的持水度是用来表征岩石在重力作用下仍能保持一定水量能力的指标；岩石的给水度是表征饱水岩石在重力作用下所释出或给出水量大小的指标。
岩石的给水度是评价地下水资源量的一个重要参数，也是矿坑排水或疏干、建筑工程地基设计和施工等工作必需的一个重要水文地质参数。
一实验目的及要求通过本次实验，使学生加深对孔隙度、给水度和持水度概念的理解，掌握室内测定基本方法;要求学生在实验过程中认真观察和记录，分析本次实验后面的相关问题，写出实验报告书。
二测定方法及原理松散岩石的孔隙度、持水度与给水度测定方法，通常有高柱仪法和加压法，前者适用于砂和亚砂;后者则用于粘土及亚粘土。
本实验为高柱仪法(图Ⅰ—1)，用以下两种方法均可求得其相应参数。
(一) 直接测定水量法根据定义，只要测出装入高柱筒中干试样的体积(V干试样)、试样饱水时所用水的体积(向供水瓶内加入的水和剩余水的体积之差)，即：V饱水=V加水―V剩水和在重力的作用下试样排出水的体积(V排水)，则试样所保持的水体积(V持水)为：V持水=V饱水―V排水据此，就可求出相应的孔隙度(n)、图Ⅰ—1高柱仪测定装置持水度(sr)和给水度(μ)。
1—高柱筒2—橡胶管3—橡皮塞4—金属网(二) 间接测定水量法5—调流量管夹6—接水桶7—供水瓶先将干试样装入高柱筒，并测出干试样体积(V干试样)，倒出干试样，并将干燥试样称量获得其总重量(W干试样)后，再装入高柱筒，并加水饱和，最后使其在重力的作用下自由流出，直至排尽。
根据试样所排出的水量(V排水)、试样饱水时的含水率和重力作用下仍能保持的含水率与试样总重量W干试样，就可求出砂土的V持水及V饱水。
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第25卷增2岩石力学与工程学报V ol.25 Supp.2 2006年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006 非饱和裂隙孔隙岩体持水曲线的预测研究孙树林1，2，王利丰2(1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210098；2. 河海大学地质及岩土工程系，江苏南京 210098)摘要：对于大量发育有毛细管通道的渗透性岩体，其持水曲线已经得到一些应用，但用试验方法较准确地测定具有基质孔隙和裂隙双重孔隙介质的岩体持水曲线仍是一个非常困难的问题，目前一般只能采用压汞试验进行转化得到；同时，持水曲线的准确程度将直接关系到岩体中非饱和作用研究结果的准确程度。
因此，如何有效且准确地得到岩体持水曲线是值得研究的课题。
基于微观结构特征和毛细管理论，讨论裂隙孔隙岩体持水曲线的预测方法；通过室内岩体微观结构的试验，进行持水曲线的预测，并与压汞试验曲线进行对比。
对比结果显示，预测曲线与实测曲线吻合较好，准确度较高。
由此可见，该预测方法简便、准确、实用性强，是得到孔隙性岩体持水曲线的有效途径。
关键词：岩石力学；裂隙孔隙岩体；非饱和；持水曲线；毛细管中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增2–3830–05STUDY ON PREDICTION OF WATER RETENTION CURVES FORUNSATURATED FRACTURED POROUS ROCKSUN Shulin1，2，WANG Lifeng2(1. State Key Laboratory of Hydrology-water Resources and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu210098，China；2. Department of Geological and Geotechnical Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu210098，China)Abstract：The water retention curves of some kinds of infiltrative rock masses in which grow a great deal of capillary have been applied in some researches. But at present，to get the water retention curve of fractured porous rock exactly by experiment is still very difficult. And the water retention curve can only be gained from mercury- injection pressure curve. But the accuracy of the water retention curve directly decides the accuracy of the computational parameters of the unsaturated rock. So how to get the water retention curve of the fractured porous rock accurately and efficiently is worthy of researching. With the rock microcosmic structure experiment，based on microcosmic structure of rock and capillary theory，a predicting method of water retention curve for fractured porous rock is discussed，and interstitial sandstone is put up as an example. Gray scale images of red sandstone are changed into digital images with high-speed image acquisition card，and then microstructure images of red sandstone are analyzed by means of Geo-image programme. Characteristic factors of porous sandstone are determined. They are porous rate，aperture number，aperture distribution，granularity distribution，mean area，mean perimeter and so on. The aperture distribution almost obeys Gamma distribution. A series of different suction values with corresponding water contents are determined for matric apertures and micro fractures，and water retention curves of matric apertures and micro fractures in sandstone are predicted. For the fractured porous收稿日期：2006–01–13；修回日期：2006–04–12基金项目：河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金项目(2005408911)作者简介：孙树林(1963–)，男，博士，1990年于南京大学构造地质及地球物理专业获博士学位，现任教授、博士生导师，主要从事地质及岩土工程领域方面的教学与研究工作。
E-mail：slsun@ 第25卷增2 孙树林等. 非饱和裂隙孔隙岩体持水曲线的预测研究 • 3831 •sandstone，total porous rate equals aperture rate plus fractured rate so that synthesis water retention curve is obtained. The predicting water retention curve is compared with mercury-injection pressure curve. The result shows that the two curves can inosculate well. It can be seen that this method is an effective approach for getting the water retention curve of interstitial rock which is very convenient and practical.Key words：rock mechanics；fractured porous rock；unsaturation；water retention curve；capillary1 引言在进行非饱和状态下岩土体渗流、强度等非饱和特性分析时，岩土体的非饱和水力特征参数的计算是关键，而非饱和水力特征参数的直接来源是其持水曲线。
过去几十年中，大量关于持水曲线的研究[1～5]都集中在各种非饱和土上，并且测定土体持水曲线的试验技术已经比较成熟。
但对具有毛细管通道的渗透性岩石，如砂、砾岩等松散胶结的沉积岩以及一些风化性岩石，其持水曲线研究得甚少。
砂岩等是具有毛细管通道的渗透性岩石，其毛细管主要是由岩石基质孔隙和微裂隙组成，对这类渗透性岩石持水曲线的试验测定仍是非常困难的。
自D.G. Fredlund和A. Q. Xing[1]提出了根据土体孔隙孔径与分布来预测得到土体持水曲线的理论后，人们一直在寻找估算非饱和裂隙孔隙岩体持水曲线的方法[2]。
因此，研究非饱和裂隙孔隙岩体持水曲线具有重要的现实意义和理论价值。
本文首先分析了裂隙孔隙岩体的水力特性，并在岩体微观结构试验的基础上，通过基于岩体微观结构特征和毛细管理论的估算法得到裂隙孔隙岩体持水曲线。
2 裂隙孔隙岩体水力特性分析裂隙孔隙岩体可以看作是由岩体基质孔隙和裂隙组成的双重孔隙介质，并具有裂隙导水、基质孔隙和微裂隙储水的特性，其中孔隙和微裂隙具有毛细管特性。
一般情况下微裂隙的张开度比基质孔径大得多。
当裂隙张开度远大于孔隙孔径时，根据毛细管理论，孔隙介质的毛细作用比裂隙介质大得多，在达到一定饱和度后，可以基本忽略裂隙的毛细作用。
在这种理论下，岩体排水时，由于裂隙中产生的毛细吸力较基质吸力小得多，裂隙水首先排出，孔隙排水才能开始，当水的重力及施加的外力不能克服毛细吸力时，剩余的毛细水就滞留在孔隙中。
而吸水时，由于强大的毛细吸力，水首先被吸入基质孔隙中，只有当孔隙中充满水以后，水才能在裂隙中流动。
由此可见，对裂隙孔隙岩体持水曲线起主导作用的是岩体基质孔隙特征。
但当孔隙岩体中微裂隙比较发育并且张开度相对较小时，裂隙的毛细作用会相应增大。
基于以上理论，可以用如下两种方法来模拟裂隙孔隙岩体持水曲线：(1) 将岩体的基质孔隙和裂隙各自的持水曲线进行叠加考虑，即既考虑孔隙介质的毛细作用，又考虑裂隙的毛细作用。
在计算前，首先分别得到裂隙和孔隙的持水曲线，然后将2条持水曲线迭加得到综合持水曲线。
由综合持水曲线得到的水力特征参数即为综合水力特征参数。
(2) 考虑到裂隙张开度一般比孔隙孔径大得多，忽略裂隙的毛细作用，只考虑孔隙介质的毛细作用，即基于毛细管理论，假定裂隙饱和度处于残余水平时，裂隙毛细力为一自由变量，而当裂隙饱和度大于残余饱和度时，裂隙毛细力取0。
此时，裂隙孔隙岩体的综合持水曲线被认为等同于孔隙介质的持水曲线。
3 裂隙孔隙岩体持水曲线的预测3.1 多孔介质持水曲线预测的理论基础对于多孔介质，根据毛细管理论，孔径越小的孔隙产生的毛细吸力越大[1]。
排水时，孔径越大的孔隙首先发生排水，孔径越小的孔隙越不容易排水，当水的重力及施加的外力不能克服毛细吸力时，剩余的毛细水就滞留在较小的孔隙中；吸水时，由于强大的毛细吸力，水首先被吸入孔径较小孔隙中，只有当较小的孔隙中充满水以后，水才能进入较大的孔隙。