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[目的] 揭示动水头作用下花岗岩风化土侵蚀演化的动态过程,研究动态水力条件对土体内部侵蚀发展的影响,探明颗粒迁移规律与内部侵蚀机理,为深入研究花岗岩边坡的破坏模式与促滑机理提供理论依据。 [方法] 设计竖向土柱渗流装置,开展上升水头与正弦水头条件下花岗岩风化土柱的渗流试验,基于渗流土柱顶面与侧面的试验现象,从渗流速度变化、颗粒流失量变化和渗流前后颗粒级配、质量变化等方面,分析动水头作用下花岗岩风化土内部侵蚀的发育特征。 [结果] ①花岗岩风化土粒径差异较大,在骨架间存在微小孔隙,渗流冲刷作用使得土颗粒通过土体骨架间的孔隙运移流失。在内部侵蚀过程中,细颗粒流失量相对较多,粗颗粒流失量较少。 ②土体内部侵蚀作用是渐进发展的过程,在土体薄弱区域的结构最先产生变形与破坏。试验中渗流泉眼由土柱边界开始发展到土柱中部区域,渗流通道沿着渗流方向自下而上发育,水力条件短时间内发生显著变化会造成渗流通道快速贯通。 ③土体内部侵蚀作用将随渗流时间推进而趋于稳定,但正弦水头将“激活”土颗粒运动,加剧土体的内部侵蚀作用。加大水头变化幅度或减小水头变化周期,能够加剧土体内部侵蚀作用,导致水流运移速度加快以及颗粒迁移流失量增多。 [结论] 水力条件变化对土体内部侵蚀作用存在显著影响,正弦水头更能加剧颗粒迁移流失。 相似文献
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黄土斜坡稳定性与地下水位变化密切相关,而对地下水位变化的定量描述比较困难,为此对达西实验装置进行改进,探索研制非饱和土调压吸水(向上渗流)实验仪。实验仪主要由补水装置和渗流(取样)装置两部分组成。基于此实验仪,取某地马兰黄土试样进行试验研究,试验现象是:无水头或定水头压力条件下,向上渗流锋面全渗程均呈上凸形态,但渗流锋面曲率由下至上呈递增趋势;不同水压力条件下,渗流过程均存在快速渗流和趋稳渗流两个阶段,只是出现拐点的时间、渗流高度稍有不同;水头压力对快速渗流阶段影响明显,水头压力越大向上渗流速率越快、渗流高度越大。试验结果表明:实验仪能够较好地模拟带压地下水向上渗流的水—土作用过程,获取所需要的渗流路径、渗流锋面移动速度等参数,具有一定的应用价值和前景。 相似文献
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土壤溶质迁移至地表径流过程的室内模拟试验 总被引：6，自引：5，他引：1
关于土壤溶质迁移到地表径流,现有研究大多是概念性的认识,对迁移过程中各个部分的定量研究却很少。该文为了量化研究土壤溶质迁移流失过程及其作用机理,通过设计2种水文条件即土壤水分饱和和土壤渗流条件,其中土壤渗流条件设置了2种水头（5 cm,10 cm）,采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别研究土壤溶质迁移到地表径流过程中4种途径：土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流。试验结果表明了伯努利效应导致土壤溶质迁移量增加;特别是在土壤水分饱和条件下,当地表径流流速从55 mL/s升到 200 mL/s时,伯努利效应引起的土壤溶质流失通量占总流失通量的比例从14%升到53%,在土壤水分饱和条件下,混合层深度小于5 mm;但是在土壤渗流条件下,混合层深度随着水头的高低和径流流速的大小而变化。土壤溶质迁移过程同地表径流流速和地下水位高低有着重要关系。 相似文献
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为探究以干暖河谷为基带的西南山地土壤细沟可蚀性垂直地带性差异,选择该区不同垂直带典型土地利用类型(林草地和耕地)下不同土壤类型(红壤、黄壤、棕壤和暗棕壤)为研究对象,利用室内“V”形细沟模拟装置,分别进行6种流量(150,300,450,600,750,900mL/min)和3种水文状态(排水状态、饱和状态和渗流状态)的模拟冲刷试验。结果表明:(1)该区土壤颗粒组成无明显的垂直地带性,林草地的砂粒含量偏高,各土壤的颗粒含量差异在9%以内,所有土壤均为粉质壤土,但有机质差异较大,且随着海拔增加而增加;(2)土壤的细沟可蚀性具有明显的垂直地带性,随海拔升高,林草地土壤可蚀性Kr值逐渐减小,相比于红壤,暗棕壤的Kr值减小幅度平均为47.74%,耕地土壤中黄壤略大于红壤,可能与人为活动强度和土壤熟化程度有关;(3)不同土地利用方式下,林草地土壤Kr值显著大于耕地土壤Kr值,平均增幅为22.63%,这可能与有机质促进土壤抗侵蚀性能的提高有关;(4)不同近地表水文状态下,土壤的细沟可蚀性表现为渗流状态>饱和状态>排水状态,表明随着近地表水文状态变化,尤其是垂直水力梯度的增加会显著导致土壤的细沟可蚀性增大;试验还发现,土壤的临界剪切力仅在不同的水文状态下具有渗流状态>饱和状态>排水状态的规律性,而在不同海拔和土地利用类型之间没有明显的规律性。 相似文献
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宁镇地区黄棕壤土壤颗粒组成与~(137)Cs含量关系研究 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤粒组组成对137Cs含量及其再分配过程具有决定作用,因此,137Cs吸附的粒度效应研究是运用其示踪土壤侵蚀的重要环节。宁镇地区代表性样点的土样测试与数据分析结果表明,黄棕壤耕作土不同粒级的土壤颗粒对137Cs有着不同的吸附效应:(1)2μm和2～5μm粒级土壤颗粒对137Cs有着较强的吸附能力;(2)5～10μm和10～50μm粒级的土壤颗粒含量与137Cs质量活度之间存在着明显的负相关;(3)50μm粒级的土壤颗粒含量与137Cs质量活度之间的关系较为复杂;(4)数据分析结果中出现的一些偏差可能与侵蚀作用所造成的颗粒分选以及沉积区物源复杂有关。 相似文献
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Jenny[3]等和Coleman等[2]发现,当将参比电极的盐桥插入土壤悬液中时,带电荷的土壤颗粒可以使盐桥中阳离子和阴离子的淌度发生改变,因而在与土壤溶液的接触界面产生一个液接(扩散)电位.这个液接电位受一系列因素的影响.[1]一般认为,这个液接电位与土壤胶体双电层的存在有关.在胶体化学上.普遍的概念是双电层的(有效)厚度为数百至数千埃. 相似文献
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沂源石灰岩山地不同植被类型土壤颗粒分形特征研究 总被引：2，自引：2，他引：2
运用分形学理论与方法对沂源石灰岩山地营造的3种不同植被类型和封禁条件下灌草丛的土壤颗粒分形特征进行研究,结果表明:(1)不同植被类型土壤颗粒粒径质量百分含量差异显著,有林地粉黏粒含量明显高于灌草地.(2)有林地的分形维数明显大于灌草地,其中,侧柏扶芳藤混交林最大,灌草丛最小.(3)不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒含量和细砂粒含量之间呈明显的正相关(线性)关系,与极粗砂粒呈明显的负相关(线性)关系.(4)不同植被类型土壤颗粒分形维数与土壤不均匀系数呈较好负相关(线性)关系.除灌草丛外,其它3种植被类型土壤均为级配连续、不均匀性良好的土壤.采用土壤颗粒分形维数评价不同植被类型土壤结构和质地是一个重要的量化指标. 相似文献
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赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响 总被引：3，自引：1，他引：2
为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响,采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗(初期、活跃期和稳定期)以及3个部位(集水区、边坡和沟道)的土壤进行了4个压力水头(0、-3、-6和-9 cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,崩岗发育阶段和部位显著影响着土壤的理化性质。随着压力水头的减小,3种不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率逐渐减小,土壤砂粒含量显著影响土壤的入渗参数。3种不同发育阶段崩岗与土壤导水率和Gardner常数α之间差异不显著。除了-9 cm压力水头下的导水率以外,崩岗的部位显著影响土壤导水率和Gardner常数α值。不同发育阶段崩岗的大孔隙对水流贡献率随着崩岗受侵蚀程度的增加而增加,不同发育阶段崩岗各部位土壤大孔隙、中等孔隙2以及小孔隙对水流贡献率影响显著,其中活跃期崩岗沟通处大孔隙对水流的贡献率最高。研究结果可为南方不同发育阶段崩岗的土壤侵蚀过程提供一定的参考。 相似文献
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不同阳离子对紫色土细颗粒絮凝沉降的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
以紫色土细颗粒泥沙作为研究对象,探讨不同阳离子对紫色土细颗粒絮凝沉降的影响.结果表明:(1)Na+浓度为0～10 mmol/L时,随着浓度升高悬液澄清的时间缩短,浓度为7 mmol/L时105 min后悬液澄清,当Na+浓度为10 mmol/L时,60～70 min达到澄清,临界絮凝浓度在5～7 mmol/L之间;(2)Ca2+浓度较高(0.8～1.0 mmol/L)时,其对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响逐渐减小;(3)Al3+浓度在0～0.3mmol/L时对土壤颗粒沉降速度影响非常显著,＞0.3 mmol/L时,沉降速度略有增加,但幅度明显小于初始阶段;(4)3种电解质体系中土壤颗粒发生凝聚过程拐点的排斥压强均在1.3～1.4 atm之间. 相似文献
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粗粒土常常作为农业水土工程、水利工程和土壤特性改良工程的重要材料和载体,在浑水渗流作用下,其特性的变化对工程应用有重要影响。该研究推导了浑水渗流作用下,圆管中粗粒土渗流计算式,并采用自制装置系统分析了浑水渗流作用下粗粒土的渗透特性,探讨了粗粒土的水力梯度、渗透系数、渗流量以及孔隙填充率的变化规律,并将推导的理论式与试验结果进行对比验证。结果表明：在水力、几何条件均满足的前提下,浑水在粗粒土中的渗流可分为3个阶段,分别是细颗粒运移畅通阶段（阶段1）,孔隙堵塞和运移并存阶段（阶段2）和粗粒土顶部淤积分层阶段（阶段3）,粗粒土在各阶段表现出不同的渗透和物理特性;粗粒土渗透特性主要受到浑水浓度和水头的影响,随着浓度和水头的增大,浑水中细颗粒在粗粒土中的运移、堵塞和淤积会加剧,粗粒土整体的水力梯度会增大,而渗透系数会逐渐减小;粗粒土的不均匀系数是影响浑水渗流过程的重要因素,不均匀系数越大粗粒土内部孔隙率就越小,细颗粒运移的通道越不畅通,更容易发生堵塞和淤积;随着水头的增大,在较大渗透力的作用下细颗粒的运移会更容易,但也加快了内部堵塞和顶部淤积的速度,细颗粒持续向下运移的距离也会减小;随着浑水浓度的增大,粗粒土顶部的孔隙会快速沉积、封堵,细颗粒运移速度和距离都会被削弱;试验完成后,粗粒土柱沿着渗流路径方向自上而下孔隙率逐渐较小,在0～5 cm范围内下降梯度最大,5～20 cm范围下降趋缓。研究结果揭示了浑水渗流作用下粗粒土抗渗透特性的变化规律,为浑水渗流和工程应用提供理论支持。 相似文献
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城镇化人为扰动下垫面类型影响水源涵养功能的评价 总被引：2，自引：0，他引：2
城镇化引起的各种人为扰动地貌单元的水源涵养功能较原地貌明显降低是造成城市水土流失的主要原因,在降雨和排水管网设计能力一定条件下,也是加剧城市内涝的主要原因。该文采用野外调查、室内物理分析及AHP(analytic hierarchy process)层次分析综合评价法,系统地分析了各种人为地貌单元的物质组成和持水性能变化并综合评价了其对原地貌水源涵养功能的影响特征。结果表明:1)各种扰动地貌单元2 mm土体颗粒质量分数在45%以上,原地貌2 mm土壤颗粒质量分数在92%以上;扰动地貌不均匀系数和曲率系数分别在11.05~41.30和0.32~3.15之间变化,其中不均匀系数较原地貌减小了4.51%~80.27%;各种扰动地貌单元土壤容重为施工便道(1.74 g/cm3)边坡绿化带(1.54 g/cm3)1 a弃渣堆积体(1.48 g/cm3)2 a弃渣堆积体(1.34 g/cm3)3 a弃渣堆积体(1.31 g/cm3),比坡耕地依次增加33.85%、18.46%、13.85%、3.08%和0.77%;扰动地貌的土壤总孔隙度、土壤田间持水量和饱和含水量则表现出相反趋势。2)人为扰动地貌单元土壤入渗性能总体小于原地貌单元,而原地貌土壤稳定入渗率则在2.83~6.22 mm/min之间变化;当项目区林地转化为新弃渣堆积体时对降雨和城市洪水动态调节功能影响最大,转化为施工便道时影响最小;人为扰动地貌单元土壤水库总库容、兴利库容和滞洪库容总体低于原地貌,当项目区草地转化为施工便道时对土壤持水能力及调蓄地表径流能力危害最大。3)各种扰动地貌单元水源涵养能力明显小于原地貌单元,以施工便道(0.421)最差,林地最好(0.651);在城镇化过程中应重视城镇水面、林草地的空间分布及占地面积,对短期松散堆积体也最好进行临时绿化措施。4)加强对扰动地貌物质组成、大孔隙结构和降雨-径流-入渗连续性定位研究,同时关注各扰动地貌在不同压实条件下土壤水库蓄水性能对项目区雨洪过程线和排水系统的影响。研究结果可为城市水土保持生态服务功能恢复、城市绿化带建设和洪水内涝缓解提供科学依据。 相似文献
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生物过滤系统中多级混合颗粒群渗流过程分析与完善 总被引：1，自引：0，他引：1
[目的]准确掌握过滤渗流场的变化规律,为更深刻理解生物过滤系统中流态的变化提供理论参考。[方法]利用颗粒群加压膨胀理论,基于对流固耦合效应和渗流特性进行研究。[结果]提出了生物过滤系统渗流过程的4阶段假设,并通过试验验证了变化规律。[结论]无论在清水和污水渗流过程中都出现的渗透系数由下降到上升再下降变化趋势,是由于颗粒群加压膨胀产生的原因。 相似文献
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强力混合机混匀过程中由颗粒流引起的磨损是影响混合机寿命的主要因素,颗粒中混有的少量液体对颗粒流形态以及磨损均有重要的影响。本文基于离散元法（DEM）研究了湿颗粒混匀过程中强力混合机桨叶的磨损,通过Mikami模型模拟湿颗粒中液桥力的复杂作用。采用四种磨损模型进行预模拟,并通过实验得出Huang模型为模拟强力混合机桨叶磨损的最优模型,最后分析了颗粒湿度、粒径以及混合机参数对磨损的影响。试验结果表明：桨叶的磨损主要集中在桨叶的端部和前部;颗粒的湿度能增大颗粒对桨叶表面的作用力及颗粒-桨叶的相对速度而加剧桨叶磨损;桨叶速度的增加和颗粒粒径的减少同样能加剧桨叶的磨损;而料筒转速对桨叶的磨损影响较小。研究结果对于强力混合机结构改进具有一定的意义。 相似文献
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研究煤矸石组分及表土质地对煤矸石重构土壤导气率的影响,探讨重构土壤这种差异显著的非均质土壤导气内在机理,为进一步研究复杂的非均质土壤导气特性提供理论基础。通过在煤矸石中掺杂不同粒径碎石来改变其组分,并利用3种不同质地的土壤在土柱内进行土壤剖面重构,采用一维瞬态法测量其导气率。结果表明:(1)不同碎石粒径和质量分数对混合基质饱和含水量影响不同,掺杂2~5mm粒径碎石,随着质量分数的增加,饱和含水量逐渐增加,从7.29%增加到12.9%;掺杂5~10mm粒径碎石,饱和含水量随着质量分数的增加先增加后减少,分别为7.28%,8.5%,6.9%。(2)煤矸石的导气率远大于土壤,并且煤矸石的导气率对水分的敏感度随质量含水量的增加而增加,而土壤的导气率对水分变化的敏感度均随质量含水量的增加而降低。(3)碎石的存在为大孔隙的产生创造条件的同时也会减少了土壤通气断面,阻隔空气传输的通道。(4)重构土壤导气率受表土质地和底部填充介质的共同影响,覆土土壤导气率决定了重构土壤的导气率大小,而充填基质导气率决定了充填介质对重构土壤导气率影响的系数(Ska)。Ska与充填介质导气率呈显著相关,可以通过指数函数进行拟合(R2=0.93)。通过充填介质及覆土土壤的导气率可以对重构土壤导气率进行估算,简化了重构土壤导气率的测定过程。 相似文献
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[目的]研究粉土颗粒的接触角滞后特性,掌握土壤增湿或脱湿过程中的界面特性,为建立离散元接触模型提供相应的试验基础。[方法]用躺滴法对土颗粒表面的初始接触角及动态接触角进行测量,用直接观测法对增湿和脱湿条件下土颗粒与孔隙水的接触角进行测量。[结果]天然粉土的平均初始接触角为41.5°,远大于0,广泛用在具有连续表面固体动态接触角测量的3种方式仅有1种能测出土颗粒表面的动态接触角,且3种土样的后退接触角都大于0。初始接触角的小大对蒸发(脱湿)过程中土颗粒与孔隙水的接触角变化规律影响不大。同一试样,不同土颗粒与孔隙水间的接触角在脱湿过程中的变化规律并不一致,甚至会出现脱湿过程中接触角由小变大的情况。亲水土与斥水土的增湿模式差异较大,亲水土在增湿过程中先形成液桥再形成包裹土颗粒的液膜,而斥水土则是先在土颗粒表面形成液滴,再由液滴连接成包裹土颗粒的液膜。[结论]土颗粒的接触角存在明显的接触角滞后现象,土颗粒表面的接触角和土颗粒间的接触角并不一致,实际应用时需要严格区分。 相似文献
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西南山区采煤塌陷对水田土壤物理性质的影响 总被引：3，自引：1，他引：3
为探讨西南山区采煤塌陷对水田土壤物理性质的影响及受损水田复垦途径,通过野外试验与室内测定方法分析了水田受损前后土壤物理性质的变化,结果表明:1)0~40 cm受损水田土壤容重显著增加,含水率、孔隙度(0~20 cm旱地1、2除外)显著下降;0~60 cm土壤垂直剖面除含水量干化趋同外,构型及演替规律未发生变化;2)水田受损后黏粒含量与成土母质密切相关:0~20 cm土层中0.005 mm黏粒含量高低呈现旱地3(泥页岩风化物)旱地1(泥页岩+灰岩风化物)旱地2(泥页岩+灰岩+砂岩风化物)变化,水耕历史较长、受损漏失严重的水田土壤黏粒(0.005 mm)质量分数均值分布自上而下累积增加;3)试验点土壤剖面构型、成土母质是造成渗透流量和渗透速度随累计时间增加呈减小趋势和波动与趋稳现象的主要原因,采煤塌陷并未对土壤包气带层渗水性产生严重影响;4)根据试验数据分析结果,研究区受损水田复垦可优先选择泥页岩、灰岩风化物沉积区、水耕历史较长、渗透系数小于3 m/d的沟谷区进行。该研究可为研究区采煤塌陷对水田土壤物理性质的影响提供系统诊断依据,并为受损水田复垦提供有效途径。 相似文献
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为了探究渠道基土在冻胀过程中的非线性变形特性对渠道衬砌冻胀的影响,基于冻土三轴试验结果,建立考虑围压和温度的邓肯-张本构模型,参考室内三轴试验测定基床系数方法,应用数值模拟法建立冻胀反力系数随被约束冻胀量变化的计算式,并基于有限差分法离散弹性地基梁平衡微分方程。模型考虑衬砌不同点因被约束冻胀量不同引起冻胀反力系数不同的取值问题,克服以往模型中冻胀反力系数取常量的不足。应用解析解验证模型的合理性,探究冻胀反力系数分别为变量与常量时在梯形渠道衬砌冻胀力学响应计算结果上的差异。结果表明,对于边坡和渠底衬砌板,常量冻胀反力系数计算出的最大冻胀反力是变量的1.43倍,计算出的弯矩最大值平均是变量的1.12倍。因此在采用弹性地基梁理论分析渠道衬砌冻胀问题时,若冻胀反力系数采用常量,不考虑冻土的非线性变形,会使得计算结果偏大。研究结果可为大型梯形渠道衬砌抗冻胀设计提供参考。 相似文献
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原状取土管法与经典方法测定山地土壤物理性质的比较研究 总被引：1，自引：0，他引：1
针对经典环刀法在土层浅薄,土壤紧实和粗骨土的山地土壤物理性质研究中的局限性,利用IN-SITU原状取土管对澜沧江流域典型山地的土壤容重、毛管孔隙度、饱和水、毛管水、田间持水量、初渗系数、稳渗系数等土壤物理性质进行研究,并同经典环刀法的测定值相比较。方差分析结果表明:IN-SITU原状取土管法和经典环刀法在土壤物理性质的对比研究中无显著差异。差异性分析中,7项土壤物理指标测定值间F方差相等检验的相伴概率Sig.均大于显著性水平α=0.05,方差相等时T检验结果的7项土壤物理指标相伴概率均大于显著性水平α=0.10,两法均值差的95%置信区间均跨0,表明IN-SITU原状取土管完全可用于土壤物理性质的研究,尤其在山地土壤的研究中显示出较环刀更为明显的优越性。 相似文献
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[目的]开展不同黏粒含量对黄土渗透系数影响的试验研究,揭示黏粒含量对渗透系数的影响及其微观机理,为黄土及其渗透性相关的理论与工程实践提供科学依据。[方法]通过自制负压湿筛装置筛取不同黏粒含量的黄土试样,利用激光粒度仪对土样的黏粒含量进行跟踪测定,采用静压法将不同黏粒含量的黄土试样制成天然干密度水平下的不同含水率试样进行饱和渗透试验。[结果]黏粒含量对黄土渗透性能有较大影响,在同一含水率条件下,随黏粒含量的增多,黄土的渗透性逐渐降低,渗透系数与黏粒含量呈指数函数负相关关系;在黏粒含量一定时,渗透系数随着初始含水率的增加而减小,呈指数函数负相关关系;SEM分析结果表明,随着黏粒含量的增加,黄土试样微观结构由分散结构变为致密结构,部分颗粒的接触方式由支架接触变为镶嵌接触,颗粒连接由葱皮连接或桥接变为嵌埋连接,相应地孔隙则由支架大孔变为黏粒间微小孔隙,从而一定程度上降低了黄土的渗透性。[结论]黄土渗透系数受黏粒含量、含水率的影响规律相似,可通过微观结构对其影响机理进行解释。 相似文献