原状黄土的灌溉入渗过程研究

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黄土分布在我国的西北干旱半干旱地区,是一种疏松多孔、垂向节理发育、土团粒之间以胶结结构特征为主的第四纪沉积物。由于水资源的短缺和社会经济的发展,农业灌溉工程不断扩大,破坏了当地原生水文地质条件,造成了大量黄土滑坡地质灾害,因此,黄土滑坡是一种特殊的土质滑坡。这些黄土滑坡的形成大多都与引水灌溉密切相关,陕西泾阳南塬和甘肃黑方台孕育着典型的灌溉型黄土滑坡群。灌溉型黄土滑坡都具有滑程远、滑动速度快、危害大、原地多次复发的特点,因此,从水致黄土滑破的机理角度分析,对灌溉条件下土壤水分运移规律和水理特性的研究具有现实意义。  本文从原状黄土的水理特性角度出发,以泾河南塬典型黄土灌溉区为主要研究对象,在对黄土滑坡灾害进行野外地质调查、室内试验的基础上,系统研究了灌溉水在包气带非饱和黄土中的入渗规律,探究了灌溉条件下浅层黄土水理特性的变化及滑坡发生机理。本文结合野外原位监测试验,模拟分析了灌溉水的入渗过程;通过数值计算对灌溉入渗条件下原状黄土的土-水特征参数进行了正演分析和反演优化,本文主要工作如下:  (1)通过现场取样及室内试验,研究了不同土层(Q3黄土层,过渡层,S1古土壤层)基本物性指标的差异和变化规律:研究发现原位土柱的基础物性指标随深度呈规律性变化,且在土层交界面处变化较大。  (2)对原位土柱在定水头作用下的入渗规律进行监测分析:本次灌溉过程中,所有传感器都依次响应,土壤含水量的变化都经历了稳定不变、急剧上升、缓慢增大和再稳定四个阶段;土壤性质对湿润锋的移动速率起到了决定性的作用,单一土层中的入渗速率大致相同,且表土层>Q3黄土层>S1古土壤层>过渡层;吸湿曲线和脱湿曲线明显不重合,表现出明显的滞后性。  (3)不同层位原状黄土的室内土-水特征曲线研究及参数拟合:利用原状土样通过PF试验仪进行室内土-水特征曲线测试,Origin软件进行SWCC的拟合,得到典型的反“S”型 SWCC曲线,拟合出的R2较高,均在0.994以上,拟合效果很好;拟合结果与基础物性实验对比发现结果规律符合理论经验。  (4)通过数值分析对原状土体的水理特性参数进行反演计算与正演预测:数值模拟结果与实验结果比较可知,数值模拟结果与实验结果还存在一定程度的误差,且基质吸力的模拟效果要比体积含水量效果好;根据现场监测数据,借助于HYDRUS—2D数值分析反演模块,对土壤特征参数进行优化。  上述研究成果对研究黄土灌溉过程中水的运移规律及水理特性具有一定研究意义,在此基础上,对黄土地下水响应研究和边坡稳定性评价具有一定的应用和学术价值,并加深了对黄土滑坡形成机理的认识。
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