甘肃黑方台黄土非饱和入渗特性研究

发布时间：2020-03-29 22:17

【摘要】：我国黄土分布广泛,占世界黄土总量的70%,特别是在西北地区,基于脆弱的地质环境,加之常年浇灌造成地下水位上涨,使得该地区滑坡频繁产生,严重制约当地经济的发展,因此研究黄土入渗特征对理清黄土滑坡产生机理具有重要意义。本文以黑方台黄土滑坡为研究对象,综合现场调查和文献调研方法,研究黑方台黄土的非饱和入渗特征。通过野外现场调查、室内大型土柱试验、基于试验的理论模型和数值模拟等手段对黑方台黄土的入渗特征进行了深入的分析,主要得到以下结论:(1)室内大型土柱试验过程中,裂缝主要分布在30-100cm内,具有聚集性;最大沉降量为4cm,最大沉降位置在106cm处,裂缝发育位置主要在最大沉降量之上。(2)入渗深度和累计入渗水量的增长幅度均逐渐减小,湿润锋运移速率曲线和水量累计速率变化曲线趋势相似。根据入渗速率的变化,将入渗进程分为三个阶段:A积水强度控制阶段、B非饱和入渗阶段、C饱和入渗阶段。沉降量最大处以下土体为连续均匀沉降,沉降速率为0.9cm/d左右,黄土沉降量与深度呈线性相关,黄土的沉降幅度(湿陷能力)为2.19cm/m,黄土入渗沉降期间干密度由1.42g/cm~3增加至1.45g/cm~3。(3)黄土体积含水率先增大后降低并保持稳定值,含水率响应时间变化趋势和湿润锋运移趋势基本吻合。根据土柱含水率剖面,将其分为了三个入渗阶段:积水控制初期、非饱和运移期、饱和稳定期。(4)随着水分的入渗基质吸力迅速降低;淋溶液流量随着水头的下降逐渐降低减小,且下降幅度逐渐增大。粒径在2.2um-28um之间的颗粒含量变化明显,黏粒和粉粒含量的增加,对入渗速率具有一定的影响。(5)根据试验含水率变化特征并结合野外实际含水率剖面,建立了黄土的入渗概化模型。黄土的入渗方式以水气运移为主,属于典型的非饱和稳定流入渗。(6)基于Garder模型、van Genuchten模型、FredlundXing模型对实测基质吸力和体积含水率进行拟合,得到各模型相关系数R~2分别为:0.9894、0.9913、0.9916。通过图法获得该G-A水头入渗模型中的k _s(h)和s_f的值为0.0004cm/min和12.18cm。修正了G-A入渗模型,发现在黄土的浅表层入渗中,该模型具有较好的吻合度,而伴随着入渗深度的增加,该模型的吻合度逐渐降低。(7)应用hydrus-1d软件模拟了含水率随剖面深度变化的关系,模拟值和试验实测值的变化趋势基本吻合;分析了黄土滑坡实际地质情况,应用geo-studio软件模拟了在灌溉作用下100天的周期中,黄土渗流场的变化,模拟发现:模拟结果与水位孔监测数据吻合,随着入渗靠近坡面处水头值不断增大,造成地下水的波动。通过入渗前后水位线对比发现:在灌溉100天后,边坡模型水位抬升了0.12m,实测地下水位抬升了0.15m,增长幅度基本吻合。
【图文】：

成都理工大学硕士学位论文内，初始含水率越大，非饱和黄土渗透系数越小，且渗透系减小。但由于测试技术的限制，未能发现水在土体中真正的渗和入渗模型研究现状土是由固液气等组成的多项混合体，其性状相比饱和土更加者对入渗做了大量的研究，建立了多种入渗模型。Green和Am在积水条件下的入渗模型，该模型假定存在一个湿润峰面，间的土体处于饱和状态，湿润锋面始终保持水平。湿润锋前含水率状态，称为干燥区，湿润锋后的土体受入渗影响为饱如图 1-1 为 Green-Ampt 入渗模型简图。

黑方台隶属甘肃省永靖县盐锅峡镇的东北方向，地处黄河与湟水河交汇处的西南方向，黄河的北岸，距甘肃省会兰州市约 50km，距离永靖县城约 20km，属黄河Ⅳ级阶地，台面海拔在 1700m 左右，台塬东西方向长约 6km，南北方向宽约 2km，台塬总面积约 11km2。从兰州城区可以坐车或驾车前往黑方台研究区路况在以水泥路为主，在靠近永靖县路况以黄土路为主，弯道较多且，路线崎岖，，灰尘大，不太利于高速前进。黑方台距离盐锅峡镇约 3km，道路情况良好，弯道多，上台塬部分坡度大，有公路直接通到黑方台研究区。在西北地区的众多阶地中, 黑方台台塬是面积最大、台面较平整、滑坡最聚集的阶地之一，其地理位置坐标为 N36°04′10″～36°07′20″，E103°16′40″～103°20′50″，台塬被一条切割较深的虎狼沟一分为二，西侧为方台，东侧为黑台。研究区内有大量的民用房屋建筑，距离研究区边界约 300m，盐兰公路绕台塬南缘通过，台塬上有简易的乡村便道，供农业生产用车等，整个台塬上交通较为便利，研究区地理位置如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU444;P642.22

【参考文献】

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本文编号：2606580