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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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通过开展不同初始含水率天然冰碛土的冰川泥石流起动试验,近似模拟不同前期降雨量下融水冲刷冰碛物形成泥石流的起动过程。结果表明:(1)研究区冰川泥石流起动类型为坍塌推移型;(2)初始含水率较低时渗流作用表现明显,渗流侵蚀将大量细颗粒运移,致使粒间孔隙增大至原孔隙率的2倍,土体骨架颗粒重新排列,颗粒间接触力降低,土体产生局部失稳变形,孔隙水压力呈"突降-突增-突降"趋势;(3)初始含水率较高时渗流与冲刷共同起主导作用,泥石流呈阵流爆发且与孔隙水压力峰值相对应;(4)含水率和孔隙水压力呈周期性变化,土体初始含水率与含水率达到峰值所需时间呈负相关关系;(5)基于试验现象及含水率和孔压的变化特征,将研究区泥石流起动过程划分为4个阶段,将其起动机理分为内渗流侵蚀、前缘骨架坍塌和径流冲刷起动。 相似文献
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土—水特征曲线和渗透函数是土体渗流分析和稳定性研究的重要参数。基于瞬态剖面法原理,加工制作30 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)正方体和30 cm×60 cm(直径×高)的渗透柱,针对宽级配砾石土进行时域反射法标定试验和渗透柱试验。此渗透柱装置可以同时测定不同断面基质吸力和体积含水率变化,试验经进水饱和与排水蒸发阶段,得到宽级配砾石土体积含水率与基质吸力的关系,并根据瞬态剖面法得到非饱和渗透系数随基质吸力的变化关系;同时,采用van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型和渗透系数函数对其进行分析。结果表明:该渗透柱适用于宽级配砾石土水力参数测定;van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型都能很好地描述宽级配砾石土土—水特征曲线;Brooks-Corey渗透系数函数在描述宽级配砾石土渗透系数与基质吸力关系要优于van Genuchten渗透系数函数。这种试验方法为宽级配砾石土水力参数的测定提供了参考。 相似文献
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[目的]分析泾河南塬黄土的渗透各向异性特征,并探讨该地区滑坡的孕灾机制,以期为黄土分布区雨水入渗型滑坡的灾害防治提供指导。[方法]通过野外调查和渗透试验,分析该地区裂隙土以及不同土层的渗透特征。[结果]裂隙土的渗透系数远大于均质土,裂隙的存在为水的入渗提供优势渗流通道。不同土层渗透系数对比表明,马兰黄土因大、中孔隙多以及节理裂隙发育,其渗透系数最大,而古土壤的渗透系数最小。[结论]泾河南塬黄土具有明显的渗透各向异性,水与裂隙共同作用已成为该地区的一种恶性灾害链模式。 相似文献
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胶体颗粒对不同粒径饱和多孔介质渗透性的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
探讨胶体颗粒在多孔介质中迁移所发生的物理、化学及生物作用过程,在许多学科中具有重要的科学意义。采用室内石英砂柱实验,开展了定水头条件下不同浓度和粒径的胶体颗粒在饱和多孔介质中的运移行为研究。共使用了3种胶体粒径、3种浓度的胶体溶液和3种粒径范围的石英砂。实验表明:多孔介质的相对渗透系数K/K0(K为各时刻计算所得的渗透系数,K0为初始渗透系数)减小程度与颗粒浓度成正比;胶体颗粒越大,越易在表层沉积,而小颗粒易向下部迁移,但总体来看粒径效应没有浓度效应明显;当胶体颗粒在不同粒径的饱和多孔介质中迁移时,粒径大的多孔介质各段K/K0均有明显降低,而粒径小的只在表层变化明显。不同条件下总体相对渗透系数与时间之间呈二次方相关关系,但当多孔介质粒径较小时,相关性不显著。介质渗流流速及砂柱不同位置胶体颗粒浓度变化与介质渗透性变化相对应。用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)进行定性表征,进一步说明胶体颗粒会堵塞多孔介质孔隙影响其渗透性。实验中发现当输入浓度C0小于0.5 g·L–1且dp/Dp>0.018(dp为胶体颗粒粒径,Dp为石英砂算数平均粒径)时,会出现多孔介质局部K/K0增大的现象。 相似文献
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为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。 相似文献
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细颗粒泥沙的絮凝沉降特性 总被引：13，自引：0，他引：13
电解质对细颗粒泥沙的絮凝或分散有重要作用 ,而细颗粒泥沙的絮凝沉降特性对土壤表层沉积性结皮的入渗性能有重要影响。在NaCl浓度为 0～ 10mmol/L ,泥沙初始浓度为 5、10、2 0 g/L时 ,本文利用吸管法研究了NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降特性的影响。结果表明 :泥沙沉降可分为两个阶段 ,分选沉降段和絮凝沉降段 ;在液面下同一深度 ,泥沙相对浓度随时间呈指数衰减 ;细颗粒泥沙絮凝的临界粒径为 0 .0 2 7mm ;泥沙平均沉速 ω随NaCl浓度以及泥沙初始浓度的增大而增大。在研究浑水入渗时 ,应该考虑水中电解质的作用 相似文献
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大孔隙扭曲度对土壤水分入渗的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
[目的]探究大孔隙扭曲度对土壤水分入渗的影响,为深入了解大孔隙扭曲度影响优先流的物理机制提供理论依据。[方法]采用室内含大孔隙土柱的定水头入渗试验,以长武地区黑垆土为研究对象,分析大孔隙不同扭曲度对土壤湿润锋运移、累积入渗量和水分穿透时间的影响。[结果]大孔隙的形状深刻影响入渗湿润锋的形状,对湿润锋纵向、横向运移具有引导作用;大孔隙扭曲度减小可加速湿润锋运移,增加累计入渗量;水分穿透土柱的时间随扭曲度的增大而增加,穿透时间与扭曲度可用对数关系描述;湿润锋运移深度、累积入渗量与时间均呈明显的乘幂关系,其函数式的参数取决于土体中大孔隙扭曲度。[结论]大孔隙扭曲度对水分入渗影响深刻,是研究大孔隙流的重要因素。 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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水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。 相似文献
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基于流量对泥沙沉积敏感度的滴灌灌水器水力性能动态评价 总被引：1，自引：1，他引：0
提出了基于流道泥沙沉积过程的滴灌灌水器水力性能动态评价方法,以反映灌水器浑水流量对其进口压力变化和泥沙沉积过程的敏感程度。以3种双向流道灌水器和1种迷宫式流道灌水器为研究对象,在3种进口压力下,分别进行清水和浑水试验。结果表明,迷宫式流道灌水器流态指数浑水条件下相比清水增大74.85%,1#,2#和3#双向流道灌水器分别增大38.47%,41.26%,46.25%,流道中泥沙的沉积使其水力性能变差;双向流道灌水器浑水流态指数均小于迷宫式流道灌水器;随着浑水试验次数的增加,4种灌水器浑水流态指数总体趋势是逐渐增大,成因是流道中泥沙沉积的累积效应,反映了浑水条件下水力性能的动态变化过程;相同压力变化,浑水条件下迷宫式流道灌水器流量变化率比清水时增大40.43%,1#,2#和3#双向流道灌水器分别增大17.23%,19.43%,22.33%,迷宫式流道灌水器增大程度大于双向流道灌水器,导致其水力性能相对双向流道灌水器下降较大;4种灌水器水力性能与抗堵性能差异均显著,且双向流道灌水器的水力性能与抗堵性能均优于迷宫式流道灌水器,说明灌水器流道结构形式及结构参数是影响灌水器整体性能的重要因素。 相似文献
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浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程,其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况,该研究进行了17组(9组正交试验处理,8组用于模型验证)浑水饱和土柱入渗试验,通过对试验结果进行多元回归构建多因素(浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间)影响下砂土导水率动态模型;并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设,分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明:浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著(P<0.01),入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素,其次为含沙率和黏粒含量;建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853,均方根误差为0.004 cm/min,表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系;模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值均值小于7%,说明该导水率动态模型可靠性较高;砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930,均方根误差分别为2×10-3和5×10-5 cm/min;模型验证中均方根... 相似文献
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水力梯度影响下WEPP模型估计细沟侵蚀参数的可行性分析 总被引：2，自引：0，他引：2
为分析近地表水文条件影响下WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型估计细沟可蚀性和临界剪切力的可行性,该研究选取长江中上游地区典型黄壤为研究对象,采用不同水力梯度值模拟饱和/渗流(水力梯度为0、0.71和1.43 m/m)和排水(水力梯度为?0.71和?1.43 m/m)2种近地表水文条件,并设置3个放水流量(0.55、1.58、2.51 L/min),利用"V"形试验土槽测定不同条件下细沟产流产沙,以WEPP模型估算的土壤可蚀性和临界剪切力为计算值。测定增大流量直到侵蚀开始并出现连续不断的土壤颗粒分离时所对应的流量,将基于此流量计算获得的临界剪切力作为实测值。比较临界剪切力计算值与实测值验证WEPP模型估算的可靠性。结果表明,在饱和/渗流条件下,土壤剥蚀率随着冲刷历时的增加逐渐减小;在排水条件下,放水流量为0.55 L/min的土壤剥蚀率随冲刷历时的增加快速减少并逐步稳定,而随着放水流量增大土壤剥蚀率波动的更为剧烈。5个水力梯度平均细沟可蚀性为2.51×10?2 s/m。饱和/渗流条件下细沟可蚀性为3.07×10?2 s/m,是排水条件的1.78倍。除水力梯度为?1.43 m/m时临界剪切力在WEPP模型中的计算值与实测值相符外,在?0.71~1.43 m/m范围内,临界剪切力的计算值均高估了实测值,平均高估了36.85%。临界剪切力实测值与计算值呈指数函数关系(R2=0.77,P0.01)。该研究可为黄壤的侵蚀防治及WEPP细沟侵蚀模型临界剪切力修正提供理论支持和科学指导。 相似文献
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夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型的改进与验证 总被引：4，自引：2，他引：4
对于土层夹砂结构,湿润锋穿过砂层上界面时,入渗率变为稳渗率。为确定各因素下夹砂层土壤的稳渗率,在Green-Ampt入渗模型基础上,引入导水度系数(小于1)来量化上层土壤的导水程度,建立了改进的夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型。采用HYDRUS-1D软件,模拟了不同土壤质地、初始含水率、压力水头、砂层埋深和砂层厚度条件下的稳渗过程,根据模拟结果分析了夹砂层土壤的入渗规律及其影响因素,稳渗率主要受土壤质地、压力水头和砂层埋深的影响。在相同压力水头、初始含水率和砂层厚度下模拟获得不同砂层埋深的稳渗率,并采用改进的Green-Ampt入渗模型拟合,求得导水度系数和进水吸力值。分析发现导水度系数变化较小,为简化计算,取其平均值0.95。在此基础上,提出了由土壤物理特性参数进气值倒数估算进水吸力的计算公式。利用秦王川地区的夹砂层土壤积水入渗试验及已有文献资料验证所建模型的有效性,结果表明所建模型待定参数少,计算误差基本在5%以内,且试验设计较简单,可为农田水分管理及工程防渗技术提供理论依据。 相似文献
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塑性混凝土的长期渗流溶蚀稳定性试验 总被引：2，自引：2，他引：0
为了评定塑性混凝土的长期渗流稳定性和使用年限,结合当地原材料的情况,采用膨润土、黏土、水泥、骨料、水和减水剂等来制备塑性混凝土,试验测定了完整或含孔洞塑性混凝土的长期渗流稳定性和使用年限。经过多次试配试验,选定配合比并制作试件,该试件在标准养护28 d后,其抗压强度为1.25 MPa。分别制备、使用2组共12个试件进行溶蚀试验或冲淋试验。溶蚀试验表明,在溶蚀试验的测试初期,渗透系数是不断变化的,尤其在试验前30~40 d是比较明显的,但均在10-7 cm/s数量级。随溶蚀时间的延长,混凝土试件中被溶蚀Ca O的数量呈线性递减关系,直至降低到自来水所含Ca O的浓度范围,而渗透系数在150~180 d时增至3.0×10-7 cm/s,且逐渐趋于稳定。经180 d的渗流溶蚀作用后,塑性混凝土会产生剪损裂缝和拉断裂缝,甚至有较大的塑性变形,导致试件顶面平均上升位移值高达38.5 mm。通过溶蚀试验计算该塑性混凝土的渗透系数和Ca O含量,然后计算塑性混凝土防渗墙使用年限为37.1~60.7 a。冲淋试验表明:水流会在含孔洞的混凝土中产生集中冲刷且局部混凝土中的Ca O被溶蚀并随水流携带走,经过测定分析,水流从孔中冲蚀出的白色沉淀物为碳酸钙,另有少量的Na+、微量黏土和膨润土颗粒,从而降低了混凝土的质量。在恒压水流作用下,水流对已含孔洞混凝土的冲刷较弱,混凝土中被溶蚀并携带走的Ca O较少,即使冲淋197 d后,其前后的质量的损失较小,相对损失不超过1%,但其强度损失较大,高达25.4%。综合研究表明:采用黏土和膨润土制备的塑性混凝土符合土石坝防渗墙防渗的特点,具有水泥用量小、强度低、高抗渗性和使用年限长的特点。 相似文献
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入渗水水质对土壤导水特性影响的试验研究 总被引：4，自引：2，他引：2
为探究不同入渗水水质对土壤导水特性的影响,采用圆盘负压入渗法进行试验研究,选取两种水质(蒸馏水和自来水)对黄壤和红壤进行4个压力水头(0,-3,-6,-9cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,随着入渗水电导率的增大,土壤入渗率、吸渗率及导水率均随之增大,且红壤在不同电导率的入渗水作用下土壤吸渗率的变化差异显著(P0.05)。在低水头压力下,两种水质入渗条件下测得的土壤导水率差异显著(P0.05);在高水头压力下,两种水质入渗下测得土壤导水率差异不显著,表明入渗水水质对土壤导水率的影响主要发生在低压力水头下即在细孔隙下的导水特性上。两种土壤的大孔隙与中等孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而增大,而小孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而减小,入渗水水质对红壤土不同级别孔隙水流贡献率的影响显著(P0.05)。研究分析相关参数的变化有利于探讨野外试验时入渗水水质对试验结果的影响,对于正确认识农田水文过程、开发利用劣质水资源、提高农业灌溉灌水质量和灌水效率等具有重要意义。 相似文献