非饱和土不同于饱和土,因气相的介于使得土体在诸多方面呈现出复杂多变的特性,因而具有不稳定性,预知性较差。因此,对水分在非饱和土中入渗引起的水气两相的变化是非饱和土渗流研究的关键所在。由于技术手段的限制,截止到目前,几乎没有一套成型的设备可以对非饱和土入渗过程中气相的定量测定。本文对现有的非饱和入渗试验装置进行改造,研制出一套可以在试验过程中测定水/气两相压力以及土体温湿度变化的装置,另外搭配高清数码相机对整个入渗装置定时拍照获得湿润锋随时间的变化,实现了非饱和土入渗过程中的多个变化因素的测量,试验数据丰富且相互之间关联性较强。主要研究内容如下:1)研制出新型非饱和土入渗试验装置。主要是使用现代传感器技术为现有的非饱和土入渗试验装置搭配气压和温湿度两种类型的传感器,介绍了试验装置的研制过程及对试验各类仪器设备进行详细说明,包括传感器的制作与安置、单片机、上位机控制程序等。2)进行了1.6g/cm~3、1.7g/cm~3、1.8g/cm~3三种不同干密度下的室内一维积水入渗试验,试验材料为粗砂,结果显示干密度对水分入渗过程影响很大,干密度对入渗的影响主要体现在孔隙大小以及孔道连通性。干密度越大,砂柱上同一位置处湿度反应时间越来越延后,湿润锋到达底部所用时间越来越长。水气两相总压力结果有所不同,?=1.6g/cm~3和?=1.7g/cm~3两种干密度试验前期测量的是气相压力值,后期是静水压力值,?=1.8g/cm~3干密度试验前期水气总压力值异常偏高,并且出现剧烈震荡。最终含水率上下部位差异较大,干密度越小,差异越大,同一位置处最终孔隙饱和度随着干密度的增大而增大。主要影响因素是各种干密度下对应的孔隙大小和体积不同,孔隙越小气相对水分入渗阻碍作用越大。3)进行了1.6g/cm~3、1.7g/cm~3、1.8g/cm~3三种不同干密度下的室内一维毛细上升试验,试验材料与积水入渗试验同为粗砂,结果显示:干密度对水分入渗影响较大,影响主要体现在毛细上升阶段,在试验初期水分入渗到与水面位置平齐之前,产生的水气总压力较大,其中气相压力值占比超过一半。毛细作用开始后,水气总压力开始缓慢降低。不同干密度下水面以上多数传感器压力曲线出现6个压力波动,且相邻两波动时间间隔不断缩小,不同干密度下压力波动最大值均出现在砂柱中上部区域。三种干密度下的湿润锋上升速度均是先快后慢,最后上升高度基本相同。最终含水率随着干密度增大而减小,最终孔隙饱和度上下部位分布不均,差异较大,干密度越大这种差异越大。4)基于一维积水入渗试验和一维毛细上升试验开展数值模拟,发现模拟结果和两大试验在诸多方面存在差异,主要原因是软件不能模拟气相对入渗的影响。在数值模拟过程中进行了参数的反演,获得了渗透系数。在积水入渗试验的模拟中,对反演得到的渗透系数与相关经验公式进行比对,发现只有在较低干密度下经验公式使用。在毛细上升试验模拟中,对获得的渗透系数代入到Terzaghi公式和改进的Terzaghi公式并与实测毛细上升曲线对比,发现改进后的Terzaghi公式与实测曲线较吻合。