基于电阻率成像法的土壤基质吸力评价研究

发布时间：2018-06-01 06:09

本文选题：电阻率成像法 + 基质吸力　；参考：《成都理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：在非饱和带土体中,基质吸力是控制水分运动过程和影响土体稳定性的关键控制因素。常规的基质吸力现场测试方法主要为张力计、轴平移技术、电/热传导传感器、接触式滤纸技术等方法,这些方法能够获得较准确的土体局部点的基质吸力值,然而用于评价基质吸力的空间分布则存在费用昂贵、对土体扰动显著等不足。近年来以电阻率成像法为代表性的地球物理方法,因其具有对土体无扰动,便于实现时空动态测量等优势,已经广泛用于环境地质、水文地质、工程地质等领域。含水率是控制土体基质吸力和电阻率的主要因素,因此,可以通过含水率建立基质吸力和电阻率之间的关系,通过电阻率成像法获得的电阻率值来评价基质吸力的时空分布,可以作为常规基质吸力测试方法的重要补充。本文以国家自然基金项目“滑坡体基质吸力时空分布的电阻率成像法研究(41402268)”为依托,主要研究目的是通过电阻率成像法来评价土体基质吸力的时空分布。本文以成都粉质壤土和甘肃黄土为研究对象,首先,通过室内试验,基于Van Genuchten模型建立了土体含水率与基质吸力的关系模型,基于Archie模型建立了土体含水率与电阻率的关系模型,并探讨了土体干密度、水分电导率等因素的影响,基于Van Genuchten模型和Archie模型推导建立了土体电阻率与基质吸力之间的关系模型。然后,通过室内柱体试验,对甘肃黄土在干密度1.25g/cm3条件,进行间断性的人工降雨,采用传感器测量含水率和基质吸力在垂向上的时间变化过程,采用电阻率成像法测量电阻率的时空变化过程。为了提高电阻率成像法评价区域范围内的基质吸力的准确性,会针对土柱不同剖面相同位置处的基质吸力、电阻率和含水率进行相关性分析。最后基于基质吸力-电阻率的数学模型,探讨基于电阻率成像法评价土体基质吸力时空分布的效果。主要研究成果如下:(1)粉质壤土和黄土的基质吸力与体积含水率呈负相关关系,符合Van Genuchten模型,粉质壤土和黄土的电阻率与体积含水率同样呈负相关关系,符合Archie公式,粉质壤土和黄土的电阻率与基质吸力呈正相关关系,将Van Genuchten模型和Archie公式结合起来,推导和建立了两者之间的关系模型。总体上,黄土的电阻率与基质吸力关系模型优于粉质壤土的关系模型。(2)在黄土柱体接受间断性的人工降雨条件下,随着水分的入渗,由浅部向深部土壤含水率逐次增加,含水率最大值约为0.4。最终,浅部和中部的土壤含水率约为0.2,底部的土壤含水率约为0.4。土壤的基质吸力随着水分的入渗,由浅部向深部逐渐降低,基质吸力最小值约为10KPa。至试验结束,浅部的土壤基质吸力大于深部的土壤基质吸力。(3)试验过程中土壤柱体的体积含水率与基质吸力的关系基本符合Van Genuchten模型。总体上来说底部土壤的体积含水率与基质吸力关系曲线与Van Genuchten模型吻合更好。这是因为间断性的人工降水导致浅部和中部土壤处于反复吸湿和脱湿过程中,使土水特征曲线的滞后效应显著,而底部土壤总是处于吸湿过程中,引起的土水特征曲线滞后效应不明显。(4)采用电阻率成像法对土壤柱体的水分入渗过程监测结果显示,随着水分的不断渗入,电阻率值由浅部向深部逐渐降低,并且水分的入渗过程在同一平面上具有明显的非均质特征。在湿润前锋经过之后,土壤电阻率呈现升高的趋势。(5)基于基质吸力-电阻率模型,采用电阻率成像法求解评价了土壤柱体底部的基质吸力时空分布值。基质吸力值从中间区域下降逐渐扩展到整个剖面,这和电阻率的变化过程是相似的,并且基质吸力在同一剖面也具有非均质特征。直至试验结束,基质吸力达到较小值,约为10Kpa,这和基质吸力传感器测量的数值一样。论文通过机理分析、室内试验、数理统计等方法对土壤电阻率与基质吸力的关系进行了研究,结果显示基质吸力和电阻率存在显著的正相关关系,建立的模型可以用于吸湿过程中基质吸力的评价。该成果是对现有基质吸力测量方法的有益补充。
[Abstract]:In this paper , the relationship between soil water content and matrix suction is studied by means of resistivity imaging method . The results are as follows : ( 1 ) Based on the model of resistivity imaging , the spatial and temporal distribution of soil matrix suction can be evaluated . ( 4 ) The relationship between soil water content and matric suction of soil column is more than 0 . 4 . After the wetting front passes , the soil water content of the soil column decreases gradually from the shallow part to the deep part .
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S151.9

【参考文献】