近年来,由于全球气候的影响,干旱灾害频发,对人类生产和生活造成了严重的影响。蒸发作用是干旱灾害的主要过程之一,土体在极端干旱气候作用下发生剧烈的水分蒸发,严重影响土体的工程性质。本文以国家自然科学基金面上项目(41572246)为依托,从研究土体蒸发过程入手,开展了一系列的室内研究工作,包括结合高密度电阻率成像(ERT)技术的土体蒸发试验和研究土性影响因素的土盒蒸发试验,同时还开展了土体蒸发过程的数值模拟研究。从室内试验到计算机模拟相结合,通过一些新的技术和手段开展了全面的土体蒸发研究,主要工作及结果总结如下:(1)通过室内模型试验研究了土体蒸发过程中剖面含水率的变化规律。利用TDR对土体蒸发过程中的剖面含水率参数进行了连续实时监测。结果表明:土体蒸发从表层土体开始,蒸发面逐渐向下移动,且移动速度随深度的增加而变得缓慢。表层土体水分在短时间内快速蒸发,蒸发速率随时间逐渐减小;而深部土层在整个蒸发过程中都处于饱和状态,未发生水分的减少。此外,土体距离表面越远,水分的向上运移需要克服的阻力越大,表现出更高的残余含水率。(2)基于ERT技术研究了土体蒸发过程的视电阻率变化规律,构建了视电阻率与含水率之间的定量关系。通过ERT技术对土体蒸发过程中视电阻率变化进行测量,同时对比含水率数据,发现土体含水率越高,其视电阻率就会越低,随着蒸发的进行,土体含水率降低,视电阻率就会逐渐提升。因此建立了土体视电阻率与对应含水率之间的函数关系,在此基础上,利用ERT技术实现了对蒸发过程中土体水分场的监测和评价,同时利用土体含水率传感器数据,对ERT技术的可靠性进行了评估,结果表明这种技术可以无损、实时、真实地反映土体水分场的演化。(3)基于非饱和土水-热耦合模型对土体蒸发过程开展了数值模拟研究。采用FreeFem++软件对土体蒸发过程进行了数值模拟计算,得到了土体蒸发过程中土体内部各参数的实时变化规律。模拟结果显示,土体蒸发从表面开始,蒸发面不断向下移动,蒸发面以上部分土体水分不断损失,蒸发面以下部分土体水分不会减少。到最后,蒸发面移动速度缓慢,整个土体的蒸发都变的微弱,土体表面形成一定厚度的干燥层,有效阻碍了蒸发的进行。(4)将数值模拟结果与室内模型试验结果进行对比,验证计算模型的有效性。数值模拟结果与试验得到的含水率结果总体上具有较好的一致性,蒸发都从表面开始,蒸发面逐渐向下移动,越到下部的土体开始蒸发的时间越晚,最终蒸发面很难继续下移,蒸发面以下的土体仍然处于饱和状态,从而验证了计算模型的可用性。但数值模拟结果与试验结果也存在一些差异:蒸发开始时,模拟的剖面含水率表现为上层土体略低于下层土体,自上而下呈现递增的规律,而试验中的土体剖面含水率开始时呈现整体都一致的规律。(5)系统研究了土体性质因素对土体蒸发的影响规律。开展了一系列室内试验,研究了土体厚度、掺砂量、掺砂粒径等因素对土体蒸发过程的影响。结果表明:土体厚度对蒸发的影响主要在常速率阶段,土体厚度越大,蒸发作用会越强;土体掺砂量会影响蒸发的整个过程,掺砂量越大的土体表现出更高的蒸发速率;而土体掺砂粒径对蒸发的影响主要表现在减速率阶段,掺砂粒径越大的土体,蒸发速率会越高。