裂缝及古土壤影响下黄土包气带水-气运移规律研究

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1、分类号:P64110710-2015229033专业硕士学位论文裂缝及古土壤影响下黄土包气带水-气运移规律研究李秀娟导师姓名职称王玮教授专业学位类别工程硕士申请学位类别硕士及领域名称水利工程论文提交日期2018年5月23日论文答辩日期2018年6月2日学位授予单位长安大学StudyonWater-AirMigrationofLoessAerationZoneUndertheInfluenceofCracksandPaleosolsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate

2、：LiXiujuanSupervisor：Pro.WangWeiChang’anUniversity,Xi’an,China本论文的完成得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）“黄土重大灾害及灾害链的发生、演化机制与防控理论研究”（2014CB744702）的资助。摘要我国黄土分布较广泛，在人们的生产、生活中具有重要的作用。随着各种不合理人类工程活动（如过度灌溉等）剧烈增加，黄土高原区的工程地质环境日益脆弱。陕西泾阳大量农田灌水引起黄土的水文地质条件发生改变，黄土滑坡频发。本文以陕西省泾阳县南塬滑坡区域的黄土为研究对象，对裂缝

3、、古土壤进行模拟，采用土箱装置进行密闭和开放条下的非连续灌溉入渗试验。文中从湿润锋、水分和气压差三个方面展开，具体分析裂缝和古土壤影响下黄土包气带的水-气两相运移规律，以此了解水、气在滑坡发展中的作用。具体研究工作及主要结论如下：1.本文根据试验目的和要求，设计了土箱试验装置，对室内裂缝和古土壤的模拟、气体边界条件的控制给出尝试性方案。试验现象和数据表明试验方案的设计是合理的，整体试验完成较好，基本上反映了在裂缝、古土壤影响下水-气两相的运移规律。2.非连续灌溉时，湿润锋推进速度呈周期性推进；一个灌水周期内，灌水初始时湿润峰推进速

4、度最大，随着水分运移深度的增加，表层土积水的减小，湿润锋的推进速度随之减小。土体中的裂缝加快湿润峰的运移，古土壤阻碍湿润峰的运移。3.非连续灌溉时，表层土含水率呈现周期性的先增大后稳定最后降低的规律；埋深20cm以下的土体中水分入渗过程为非饱和入渗，含水率总体变化趋势为先增大后降低。随土体埋深的增加，含水率开始变化的时间以及达到最大值的时间逐渐延长。经过多次灌水后，当水分下渗率和补给强度平衡时，含水率基本稳定。4.黄土内存在的裂缝形成优先通道，加速水分下渗。裂缝影响范围内土体相对于无裂缝区含水量较大，水分明显在裂缝周围聚集。随着距

5、裂缝距离的增加，土体含水率逐渐减小。裂缝周围土体由于结构破坏较明显，持水能力减弱，灌水结束后积水消退，裂缝周围含水率降低。黄土内存在的古土壤严重阻碍水分的下渗，在古土壤上方形成上层滞水。当有裂缝将古土壤贯穿时，古土壤的上层滞水通过裂缝快速下渗，裂缝周围土体含水率快速升高；灌水结束后，古土壤上方靠近裂缝区土体的含水率明显减少。5.非连续灌溉时，密闭条件下土体中压差呈现周期性的先增大后降低的规律，开放条件下土体中气体排放通畅，压差变化小。随土体埋深的增加，压差响应时i间滞后，压差值减小，释压速度较快；多次灌水后，土体饱和度升高，压差增

6、加值较小，变化不明显。6.密闭条件下气体对水分的运移、含水率有较明显的影响。随气压的增加，气体对水分运移的阻碍越大，使得土体的含水率越高。古土壤阻碍气体的运移，使土体内气体压缩，压差增加；而裂缝形成排气通道，使土体内气体扩散，压差减小。关键词：非连续灌溉；裂缝；古土壤；气压；水-气运移规律；黄土包气带iiAbstractLoessiswidelydistributedinChinaandplaysanimportantroleinpeople'sproductionandlife.Withavarietyofirrationalh

7、umanactivity(suchasexcessiveirrigation,etc.)increaseddramatically,theengineeringgeologicalenvironmentinLoessPlateauisbecomingmoreandmorefragile.AlargeamountoffarmlandirrigationinJingyang,ShaanxiProvince,causedchangesinthehydrogeologicalconditionsofloessandfrequentoccu

8、rrenceofloesslandslides.Thispapersummarizesandanalyzesthepreviousresearchresults,takesloessinlandslideareaofthesouthernJingy