一种非饱和土相对渗透系数的试验数值联合估计法

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1、一种非饱和土相对渗透系数的试验数值联合估计法　　摘要：由于非饱和土相对渗透系数对饱和度的变化十分敏感，因此通过试验测定非饱和土相对渗透系数并不容易。以广义达西定律和vanGenuchten模型为理论依据，可通过简单的蒸发试验和数值分析，获得非饱和状态下土壤的相对渗透系数。模拟结果和试验数据的对比分析表明，该方法得到的非饱和土相对渗透系数具有一定的可靠性，在有限元反分析模型参数方面具有一定的创新性，但其实际精度还有待通过试验对比来进一步验证。　　关键词：非饱和土；饱和度；蒸发试验；数值分析；相对渗透系数　　中图分类号：

2、TU43文献标志码：A文章编号：1672-1683（2015）06-1114-04　　Abstract：Therelativehydraulicconductivityofunsaturatedsoilissensitivetothechangeofsaturation，soitishardtodeterminetherelativehydraulicconductivitythroughexperiments.BasedonthegeneralizedDarcy′sLawandvanGenuchten′smodel

3、，asimplifiednumericalmodelforpredictingtherelativehydraulicconductivityofunsaturatedsoilwasderived.Throughthesimpleevaporationexperimentandnumericalanalysis，therelativehydraulicconductivitywithfunctionofwatersaturationwasobtained.Thenumericalresultswerecompared

4、withtheobserved11experimentaldata，whichsuggestedthatthismethodhascertainreliabilityandithascertaininnovationintheaspectsofthefiniteelementbackanalysisofmodelparameters.However，thepracticalaccuracyofthenewmethodneedsfurtherverificationthroughexperimentalcomparis

5、on.　　Keywords：unsaturatedsoil；saturation；evaporationexperiment；numericalanalysis；relativehydraulicconductivity　　土的渗透系数及相对渗透系数是土的主要特性指标之一，是描述孔隙水在土壤孔隙中流动性质一种度量[1]，是反映水在非饱和土壤孔隙中迁移的重要参数，在雨水引起的边坡稳定性、路基变形、土石坝黏土心墙渗流控制、岩土工程施工、农业土壤环境研究中起着重要的作用，因此是国内外非饱和土研究中的一个重要课题。　　对于饱

6、和土来说，其渗透系数认为是孔隙比的函数[2]，在分析问题时一般假定其为常数；而对于非饱和土，其渗透系数同时受到孔隙比和饱和度变化的强烈影响。土壤固结以后或者在干燥失水过程中，孔隙比变化可能很小，它对渗透系数的影响是次要的，但饱和度变化的影响则是十分重大的。即便是在接近饱和的状态下（吸力介于0～1kPa），基质吸力的微小变化也将引起相对渗透系数1～3个数量级的改变[3]。饱和度通常描述为基质吸力的函数，其相互关系为基质吸力与饱和度关系曲线。用基质吸力与饱和度关系曲线或土壤水分特征曲线（SWCC），可以推导出许多预测渗透

7、系数的模型，如BrooksandCorey[4]，Campbell[5]，vanGenuchten[6]。在这其中，van11Genuchten模型无疑是应用最广泛的模型[7]。vanGenuchten在Mualem模型[8]的基础上，通过参数变换，推导出能够预测渗透系数的闭合方程。通过vanGenuchten模型可以明确地描述多种土样的土壤水分特征曲线（SWCC），这些土样包括扰动土和非扰动土[9]，粘土和壤土[6]，甚至是泥炭土[10]。模型模拟结果的可靠度很大程度上取决于参数的准确度（LoagueandGree

8、n[11]；Jarvisetal.[12]）。　　通过试验直接测量土壤的相对渗透系数不仅耗时，而且需要特殊的设备[13]。另外试验测得的结果只是针对特定的几个饱和度下的相对渗透系数，需要通过曲线拟合才能运用到土工计算中。间接测定方法，如土壤转换函数法[14]、物理经验法[15]，是目前比较常用的方法[16]，但这些方法通常需要大量的土壤数据。针