在黄泛区,粉土粒径较为均一的粉粒堆积孔隙缺乏细粒填充,即使按照现行规范的压实方法也不易形成密实结构体,毛细孔隙发达,雨季集中降水以及高地下水位有利条件下孔隙内水分运输致使路基土显著增湿、诱发多种工程问题出现。路基土的增湿机制涉及到(非)饱和渗透、水分特征曲线与毛细吸水等水力特征参数,而目前研究人员对黄泛区粉土的研究大都集中在压实度、毛细水上升高度及强度与含水量关系等方面,并没有注意到黄泛区粉土水力特征参数与干密度、压实含水量关系以及经验估算的方法。从已发表的研究文献看,目前还没有这方面的相关资料,这直接影响到对黄泛区粉土路基病害机理的认识与分析。鉴于此,本文从黄泛区粉土的水力特征参数入手,采用(非)饱和渗透系数、水分特征曲线、毛细吸水性室内实验与理论分析方法,研究黄泛区粉土的(非)饱和渗透性、毛细吸水性、水分特征曲线,获得了黄泛区粉土水力特征参数的变化规律,建立了土粒堆积填充等效孔隙模型,并将土粒堆积填充等效孔隙模型应用到水分特征曲线的估算方法中,阐明了黄泛区粉土水力特征参数随干密度与压实含水量的变化机理。本文的主要研究工作如下:1.通过资料搜集阐明了黄泛区的区域范围,涵盖了河南省郑州、开封、濮阳等地区,山东省菏泽(东明县)、济宁、聊城、济南、滨州、东营等地区,以及苏北故黄河泛滥地区。总体来说,该地区粉土的粉粒含量都在60%以上,粉土的砂粒绝大部分粒径均小于0.25mm;粘粒含量基本上处于5%~15%之间。Fredlund(F)模型适合描述黄泛区粉土粒径分布函数,模型参数回归表明:参数α大体上随着粉土砂粒含量的增大而增大;参数n的变化规律呈现分段性,当粉粒含量小于75%时,参数n随着粉粒含量的增大而降低,当粉粒含量大于75%时,参数n随着粉粒含量的增大而增大;参数m随着参数n的增大而减小,当参数n大于5.5以后,参数m基本稳定在0.5~1之间。2.通过简化堆积填充过程中土粒间互相作用关系与条件,构建了均一土粒堆积模式,推导了孔隙比(半径)与堆积土粒数,以及毛细管半径的函数关系表达式。紧密堆积状态下不存在细粒锲入效应,在此基础上推导出了依据粗粒细粒分量比的土粒堆积模式辨别方法,若细粒与粗粒径比处于0.05~0.5内时,均一堆积压实度为0.6,紧密堆积时所需细粒分量始终为0.325左右。按总孔隙体积相等的原则构建了两组份土粒堆积等效孔隙模式,并分别推导了粗粒与细粒骨架模式下孔隙比与等效毛细孔径的函数表达式。多组份土粒堆积涉及多种不等粒径颗粒之间接触堆积关系,采用了紧密堆积与两两组合的简化原则将多种不等粒径颗粒之间接触堆积关系简化为多种两组份土粒堆积关系,复杂孔隙构成关系也简化为骨架土粒孔隙、骨架-非骨架土粒孔隙和骨架-次骨架土粒孔隙。在此基础上,构建了多组份土粒堆积等效孔隙模式。最后,确立了多组份土粒堆积时的匹配原则与次序,等效孔隙参数的计算步骤与方法。3.在孔隙比位于0.51~0.71范围内,饱和渗透系数均值位于10-4cm/s左右,属于中等渗透性土。饱和渗透系数与孔隙比成指数关系,随孔隙比增大而非线性增大。压实含水量大于最优含水量时随孔隙比非线性增大最为显著,最优含水量时非线性最不显著。饱和渗透系数与压实含水量关系复杂。在大孔隙比的条件下,饱和渗透系数与压实含水量呈非线性关系,当压实含水量大于最优含水量时,饱和渗透系数随压实含水量的增大而增大,当含压实含水量小于最优含水量时,饱和渗透系数随含水量的增大而减小,最优含水量时,饱和渗透系数总是最小。在小孔隙比的条件下,试样的饱和渗透系数与压实含水量近似呈线性关系,饱和渗透系数随压实含水量的增大而减小。最优含水量条件下压实土体的饱和渗透系数对孔隙比的敏感度较低,也就是说,最优含水量条件下压实路基土时,实际控制孔隙比稍有偏差对饱和渗透系数造成的不利影响相对要小。4.黄泛区粉土的水分特征曲线具有典型水分特征曲线的形态特征,包含了边界效应区、第一过渡区和第二过渡区、非饱和残余区。(1)当压实含水量小于最优含水量时,干密度对水分特征曲线形态的影响在边界效应区;压实含水量大于最优含水量时,干密度对水分特征曲线形态的影响在过渡区。压实含水量控制着水分特征曲线过渡区的斜率与宽度。压实含水量高于最优含水量,过渡区曲线整体平缓,第一过渡区特征消失;压实含水量低于最优含水量,过渡区曲线有陡降段与平缓段,即第一过渡区和第二过渡区特征明显。(2)基于基质吸力0~500kPa范围内实验数据点,采用VG模型的拟合曲线与实验值比较吻合,且表达出水分特征曲线所具有典型形态特征。VG模型参数a、饱和含水率随干密度、压实含水量的增大而线性减小;残余含水率与干密度、压实含水量成线性关系,随着干密度增大而减小,随着压实含水量增大而增大;模型参数n由干密度与压实含水量共同控制。(3)基于AP模型的水分特征曲线预测值仅在0~100kPa的基质吸力范围内与实验值吻合度较好,当基质吸力大于100kPa时,预测含水量比实测值小的多。(4)采用基于土粒等效孔隙模型且叠加膜状水和吸附水后的水分特征曲线在基质吸力为0~500kPa范围内与实验数据更加吻合,能更准确地表达黄泛区粉土中、高饱和状态下的的水分特征曲线形态。但综合预测曲线并不完整,没有能反映包含高基质吸力段在内的水分特征曲线形态特征。5.毛细吸水量时程拟合曲线分为两类,毛细吸水过程有明显的快速吸水段和匀速吸水段之分,快速段内累计毛细吸水量与时间之间为二次函数关系,匀速吸水段内为两者为线性关系。毛细吸水过程吸水速度没有明显的陡降,整个毛细吸水过程中累计毛细吸水量与时间为二次函数关系。压实含水量控制着土样毛细吸水率-时间曲线的形态。压实含水量小于最优含水量时,土样吸水速率和吸水量均随着干密度的增大而减小,压实含水量大于最优含水量时,土样吸水速率和吸水量均随着干密度的增大而增大,最优含水量时,最大干密度土样的吸水速率和吸水量属于中等。干密度和压实含水量共同控制着土毛细吸水速率和吸水量,最优含水量和最大干密度状态附近毛细吸水现象比较显著。毛细吸水上升速度随着吸水时间延长逐渐减小,毛细水上升高度与吸水时间在双对数坐标中成二次函数关系;毛细水上升稳定后土的含水量沿吸水高度大致线性减小。6.总体上,非饱和排水量随着干密度的增大而减小,但是并非随着干密度的增加而单调减小或增大。干密度较小情况下,压实含水量为最优含水量时自重排水量最大;干密度较大情况下,压实含水量大于最优含水量时,土样在基质吸力大于25kPa后排水速度较大。压实含水量对排水时程曲线形态、排水速率影响较大。采用基于Arya-Paris模型的非饱和渗透系数计算结果表明,随着饱和度的降低,非饱和渗透系数迅速减小,当饱和度由0.9减小到0.1时,非饱和渗透系数快速从10-5数量级减小到10-10数量级,特别地,当基质吸力增加到105kPa时,非饱和渗透系数降低到10-10数量级,此时主要受粘粒控制,当基质吸力继续增大时,非饱和渗透系数的降低速率明显下降,且减小幅度也大大降低。