试验结束，卸除气压，称量湿土样和烘干后土样重，根据量管起始 和结束读数，计算出最后一组试样的含水量，然后反算相应于其他吸 力值的质量含水量，然后用公式推出体积含水量，最后绘制基质吸力 与含水量关系曲线，即土一水特征曲线。
表 1 为根据上面的步骤研究某非饱和土，得到的基质吸力与所对 应的含水量的数据。
19.45
根据表 1 可绘制土-水特征关系曲线， 并可求得体积含水量的最 大值和最1 干-湿循环过程中吸力-含水量关系
4 非饱和土渗透系数推求
在非饱和土壤中，因土壤孔隙中部分充气，导水孔隙相应减少，因 而导水率也相应减少。 由于在吸力作用下，土壤水首先从大孔隙中排 出，随着吸力的增加，水流仅能在小孔隙中流动。 所以，土壤从饱和到 非饱和，其渗透性将急剧降低。
19.65
9.47×10-10
332.7
15.94
1.63×10-11
19.10
6.77×10-10
380.1
15.78
9.04×10-12
18.63
4.81×10-10
415.7
15.66
4.30×10-12
18.25
3.36×10-10
510.4
15.37
1.56×10-12
17.92
2.31×10-10
17.42
1.57×10-10
23.25
4.97×10-9
155.0
17.05
1.05×10-10
22.08
2.83×10-9
178.7
16.78
6.81×10-11
21.12
1.89×10-9
202.4
16.58
4.31×10-11
20.32
1.33×10-9
285.3
16.12
2.68×10-11
图 2 计算参数示意图
基质吸力 (kPa) 0 12.8 24.7 36.5 48.4 60.2 72.1 83.9 95.8 107.6
表 2 不同吸力对应的含水量和渗透系数
渗透系数 基质吸力
渗透系数
含 水 量 (%)
含 水 量 (%)
(m/s)
(kPa)
(m/s)
24.66
2.19×10-8
131.3
科技信息
○科教前沿○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
2012 年 第 35 期
非饱和土的渗透性函数试验研究
李晓云 赵宝平 （广州市水务科学研究所 广东 广州 510220）
【摘 要】非饱和土[1]渗透系数同时受到土的孔隙比和饱和度变化的强烈影响，不能假定为常数，它是体积含水量的函数，也遵从达西定律 规律。 本文通过体积压力板仪绘制非饱和土土-水特征曲线[2]，得到体积含水量的最大值和最小值，然后根据 Marshall 和 Kunze.的修正公式推求 非饱和土的渗透系数。
2 非饱和土的渗透系数
饱和土中水的流动常用达西定律(Darcyl856)来表达：vm =-kw （坠hw / 坠y），饱和土渗透系数 kw 是孔隙比的函数(Kozeny1927)[3]，一般假定饱和 土 的 渗 透 系 数 为 常 数 。Richards(1931) 将 饱 和 土 达 西 定 律 延 伸 至 非 饱 和 水流中，实践证明达西定律也适合于非饱和土中水的流动。 但是非饱 和土渗透系数不能假定为常数，同时受到土的孔隙比和饱和度变化的 强烈影响，是体积含水量的函数。
表 1 土-水特征曲线参数
基 质 吸 力 （kPa)
质量含水率（%）
体积含水率（%）
0
12.38
25.68
5
11.81
24.42
10
11.23
23.21
25
10.90
22.62
50
10.26
21.33
100
9.33
19.46
200
8.28
17.52
100
8.57
18.42
50
9.09
19.13
25
9.24
许多学者提出了预测非饱和土渗透性的函数，这些函数利用了饱 和土渗透系数和土水特征曲线。 非饱和土渗透系数 k 不是一个常数， 是基质吸力的函数， 可根据饱和土渗透系 数 ks 表 示 ， 相 对 渗 透 系 数 为 ：kr（θ ）=k （θ ）/ks。
下面根据 Marshall 和 Kunze. 的修正公式预测非饱和土的渗透系 数。 由于土水特征曲线中体积含水量的最大值和最小值分别为 0.2568 和 0.1752，首 先 将 其 分 成 20 个 等 矩 节 点 ，间 段 数 m＝19，如 图 2，从 曲 线上求出各点对应的基质吸力值，见表 2，然后代入 1 式：
【关键词】非饱和土渗透系数；体积压力板仪；基质吸力；含水量；土-水特征曲线
1 土-水特征曲线的研究意义
土-水特征曲线 SWCC（Soil-water Characteristic Curve），是表示非 饱和土的基质吸力与重量含水量、体积含水量、饱和度或有效饱和度 之间的关系曲线。 水分特征曲线在非饱和土力学的研究中扮演着重要 角色，根据水分特征曲线可以确定非饱和土的强度、体应变和渗透系 数，在研究非饱和土力学中扮演着极其重要的作用。
试 验 时 ， 首 先 量 测 土 一 水 特 征 曲 线 的 干 燥 段 ， 以 5kPa、10kPa、 25kPa、50kPa、100kPa、200kPa 逐 级 施 加 气 压 ，测 量 每 级 压 力 稳 定 后 对 应的滴定管的液面读数。稳定标准建议以 4 小时内无明显排水或排水 量与时间关系曲线趋于平缓为准。 完成干燥过程后，试验继续沿浸湿 过程进行。 用减小仪器中气压的方法减小基质吸力，递减段气压分别 为 100kPa、50kPa、25kPa， 并测量 每 级 压 力 稳 定 后 所 对 应 的 滴 定 管 的 液面读数。
3 体积压力板仪测试技术
体积压力板仪除包括压力盒及供压装置外， 还有一些滞后附件， 主要是为试样的进出水流提供更精确的体积量测，它由加热块、空气 收集器、平衡管及量管所组成。 在使用体积压力板仪时，可以用同一土 样进行干燥和浸湿两个过程。 在干燥过程中，基质吸力增加，孔隙水由 试样排入平衡管。 反之，在浸湿过程中，基质吸力减小，平衡管中的水 被试样吸收，又从平衡管流入试样中。
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