真空负压对土体结构中水分运动影响试验探讨

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1、!"东北水利水电#$$%年第&期’第#!卷总##(期)*文章编号+!$$#,$-#"’#$$%)$&,$$!",$%真空负压对土体结构中水分运动影响试验探讨赵斌!，董增川!，谭英#’!.河海大学水文水资源与环境学院，江苏南京#!$$(&；#.吉林省水文水资源局，吉林长春!%$$##）*摘要+本文通过模型试验，讨论了真空负压对土体结构中水分运动影响及快速排出水分的条件。针对本试验，把/0123定律应用于非饱和带内水的运动，对非饱和渗流规律进行了初步讨论。*关键词+真空负压；快速排水；/0123定律

2、；水分运动*中图分类号+4!5#.6*文献标识码+7在一定面积和一定深度的土体结构下部埋设地下管网，体的减少，形成渗流通道所需的#$值也相应减小，因此#$利用负压设备产生局部真空，改变管网上部土体结构内的水总体呈下降趋势。直到土体中的水分足够少;不足以形成屏分运动规律，进而达到快速排出水分、固结土体，增加土体负蔽层后，土体中将形成稳定的渗流通道，曲线趋于平缓稳定。荷的目的。本文基于这一思路和目的，对场地按不同的土体（#）表层土壤容积含水率!随时间"的变化结构和管网设计方案进行了模型试验，模拟一定

3、雨强条件随着抽排时间的延长，表层土壤的含水率不断下降。表下，处于负压真空状态的土体的表层疏干时间和内部水分运层以下-28处土壤的容积含水率的变化情况见图!。雨前!动状态，并对其规律进行了初步探讨。值一般为#5<=%$<，以降水#$88为例，经!$89:自然下渗，含水率迅速升高，!达到峰值%5才下降#后，!值试验安排在特制的刚性不透水模

4、型中进行。结构体内的已接近降水前的初值。从试验看表层含水率是受土壤前期状土壤按不同的砂土配比组成，同时考虑不同的砂土结构构况影响的，前期含水率越大，整个!!"曲线都向上抬升。成。另外，在不同的深度埋有传感器。在模拟一定降雨强度条件下的试验方案有：排水管埋深相同，而管的间距不同；排水管埋深不同，而管的间距相同；排水管埋深和管间距相同，自流排水与低真空快速排水的对比试验；排水管埋深和管间距相同，土壤不同配比试验。!.#试验成果通过上述试验，得到了如下一些规律：（!）土体内负压#$随时间"的变化结构体

5、内的压力随着抽排时间的延长逐渐减小。#$!"图!!!"关系曲线关系曲线总体呈变频脉动式下降。虽然每次试验的#$值的脉动不完全一样，但变化趋势的一致性很好，表现在开泵后前%$89:#$变化幅度和频度都较高，以后明显趋于平缓稳定。在非饱和带中，水所处的压强小于饱和带水的压强，以水其原因可解释如下：开泵初期，降水在土体上部形成较头表示?#%&"’()*，+’,()*，)*为毛管水头。)*与!之间好的屏蔽层，泵所产生的负压致使土体表层和排水管之间在的关系称为水分特征曲线，见图#。从这条曲线上可以看出，抽

6、短时内形成很大的水头；在这一水头作用下，土体中很快形排一定时间后，即使在相当高的压强下，土体中仍保持一定的成一系列渗流通道，屏蔽层被打破，土体和表层的水挟裹土水，含水率不再下降，此时即使再延长抽排时间，土壤容积含壤中的气体及部分大气一起沿这些通道进入排水管；气体的水率也不会有明显的下降，此含水率即为稳定含水率!$。迅速侵入将抵消排水管内的部分负压，使土体表层与排水管间的水头很快下降；水头的下降将导致水的入渗速度下降，表层水向渗流通道汇集的速度超过水向下渗流的速度，从而使渗流通道重新闭合，重新形成

7、屏蔽层；当泵将排水管内的气体抽走后，排水管中的负压又重新上升，完成#$的一次脉动。上述过程不断重复，即表现出一次次的脉动。随着上部水图#土壤水分特征曲线*收稿日期+#$$%,$-,$%*作者简介+赵斌（!(-6—），男，上海人，博士，主要从事水文水资源及环境研究工作。!""#年第$期%第!&卷总!!’期(东北水利水电&)（#）累积出水量!+,-随时间#的变化从图#可以看出，短时间降&".!"--雨后，立即抽排，曲线表现为上升趋势，一般的来讲，启动真空负压系统!"-/0内，从管道中基本抽不出本次降

8、雨产生的水量，此时土体内的水分在不断向下运动。当抽排进行到!""$"-/0时，管道会陆续出水。当降水前土壤初始含水率较低时，呈脉动间断性出水现象；而降水前土壤含水率较高时，呈连续性出水。$"-/0后，抽排出的水量会减少直至不再出水。从试验来看，出水量与抽气时间具有良好的函数关系。图*!"#关系曲线试验曲线基本平行于图示的拟合曲线，呈带状。拟合曲线的!3&土体结构对渗、排的影响函数关系式为：土体结构体自身的土质土力学性质、分层及层厚度、砂!+,-12&3*4#!5!46#2)#)（&）土配比是影响