趙 樂(lè)，倪萬(wàn)魁*，張鎮(zhèn)飛，王海曼，劉 魁

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054；2.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院,西安 710054)

近年來(lái)，黃土地區(qū)大量平山造地工作形成了許多大范圍高填方黃土場(chǎng)地[1-2]，而黃土作為一種具有水敏性的特殊類地基土，因受水分入滲作用影響而引發(fā)的不均勻沉降、濕陷變形等工程危害屢見不鮮。因此對(duì)填方壓實(shí)黃土中水分入滲特性進(jìn)行研究具有重要意義。

自然環(huán)境中的土主要以非飽和形式存在，建于非飽和黃土場(chǎng)地的構(gòu)筑物受浸水變形破壞與自然降雨、人工灌溉、地下管道滲漏等密切相關(guān)。對(duì)于非飽和黃土水分入滲過(guò)程及規(guī)律研究，覃小華等[3]通過(guò)不同降雨強(qiáng)度下的一維垂直土柱模型試驗(yàn)，分析了降雨強(qiáng)度對(duì)壓實(shí)黃土水分遷移規(guī)律的影響；杜玉鵬等[4]研究了不積雨條件下不同干密度壓實(shí)黃土水分入滲及濕潤(rùn)鋒運(yùn)移規(guī)律，得到了不積雨情況下濕潤(rùn)鋒前進(jìn)深度與滲流穩(wěn)定區(qū)深度的關(guān)系；姚志華等[5]通過(guò)水平及垂直兩種制樣方式對(duì)Q3黃土進(jìn)行水平土柱入滲試驗(yàn)，得到了不同制樣方式下容水率和擴(kuò)散率變化特征；張鎮(zhèn)飛等[6]借助壓實(shí)黃土的一維土柱的垂直入滲試驗(yàn)，分析了常水頭條件下累計(jì)入滲量、濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離和入滲率隨時(shí)間的變化關(guān)系。此外，考慮到室內(nèi)試驗(yàn)的局限性，許多學(xué)者[7-11]在不同黃土場(chǎng)地進(jìn)行多種類型的模擬降雨及浸水試驗(yàn)，分析了不同地區(qū)原狀黃土水分入滲規(guī)律及變形沉降特征。以上眾多研究對(duì)黃土地區(qū)地下水分運(yùn)移的探索起到了巨大推動(dòng)作用，從中也不難發(fā)現(xiàn)土壤水分入滲影響因素復(fù)雜多樣，其中土體干密度變化作為阻礙土壤水分運(yùn)移的重要因素之一，同樣受到眾多學(xué)者的關(guān)注，張華等[12]通過(guò)不同干密度狀態(tài)下壓實(shí)土的一維積水入滲試驗(yàn)，揭示了入滲過(guò)程中封閉氣泡對(duì)入滲性能的影響機(jī)制；吳爭(zhēng)光等[13]利用一維土柱積水入滲試驗(yàn)，得到了不同土體類型、干密度以及初始含水率對(duì)土壤水分入滲率影響；李華等[14]基于濾紙法的垂直土柱試驗(yàn)對(duì)不同干密度壓實(shí)黃土進(jìn)行測(cè)試，揭示了壓實(shí)黃土滲透性能受孔隙分布影響的內(nèi)在機(jī)理；楊忠翰等[15]、楊波等[16]分別對(duì)不同干密度下重塑土飽和滲透系數(shù)進(jìn)行研究，探討了孔隙度、滲透壓強(qiáng)等因素對(duì)土體滲透性能影響。可見，干密度作為影響土中水分入滲的重要因素，深刻探討其對(duì)土中水分運(yùn)移規(guī)律影響的必要性，尤其對(duì)具有特殊水敏性的黃土地區(qū)顯得尤為重要。

1 試驗(yàn)條件及方案

1.1 試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)土樣取自延安某黃土工程場(chǎng)地，為Q2離石黃土。通過(guò)室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)及粒度分析(表1)可知，試驗(yàn)土樣屬于粉土。

表1 試驗(yàn)土樣基本物理參數(shù)Table 1 Basic physical parameters of test soil samples

按常規(guī)土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得土樣最優(yōu)含水率為16.5%，最大干密度為1.75 g/cm-3。

1.2 試驗(yàn)方法與過(guò)程

試驗(yàn)研究使用了自主研發(fā)的一套一維土柱垂直入滲試驗(yàn)裝置，主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和土柱裝置組成，如圖1所示。土柱裝置內(nèi)壁尺寸Ф30 cm×63 cm，筒壁兩側(cè)自上而下等間距各開設(shè)有一列(4個(gè))直徑為8 mm的圓孔用于穿線埋設(shè)水分傳感器及水勢(shì)傳感器。筒底均勻布設(shè)有直徑為5 mm的透水孔，上部水流可通過(guò)筒底透水孔經(jīng)連接底部集水槽的橡膠軟管排出。此外，由于土柱裝置質(zhì)量較大且不易移動(dòng)，整個(gè)制樣及后期浸水環(huán)節(jié)均在反力架上完成。

圖1 一維土柱垂直入滲試驗(yàn)裝置Fig.1 One dimensional soil column vertical infiltration test device

試驗(yàn)使用的水分傳感器及水勢(shì)傳感器型號(hào)分別為EC-5和MPS-6，通過(guò)Em50數(shù)據(jù)采集器及配套軟件(ECH2O Utility)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄工作。

結(jié)合試驗(yàn)土樣擊實(shí)試驗(yàn)，為兼顧更大范圍獲取浸水過(guò)程中土體含水率變化情況以及得到較大壓實(shí)度下的試驗(yàn)土樣，設(shè)定壓實(shí)土初始質(zhì)量含水率為12%，干密度ρd設(shè)置3個(gè)水平，分別為1.45、1.55、1.65 g/cm3，對(duì)應(yīng)飽和滲透系數(shù)3.56×10-4、7.49×10-5、5.56×10-5cm/s。參照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL 237—1999)對(duì)土樣進(jìn)行風(fēng)干、碾碎、過(guò)篩、配制含水率及靜置等工作，之后采用分層裝樣法，將試驗(yàn)土柱分為10層，制成直徑30 cm、高50 cm的壓實(shí)土柱。根據(jù)不同目標(biāo)干密度及土樣質(zhì)量含水率計(jì)算出5 cm厚土柱所需濕土樣質(zhì)量，借助反力架進(jìn)行分層壓制，層與層之間進(jìn)行刮毛處理防止土柱分層，其中分別在距土柱底面10、20、30、40 cm處埋設(shè)水分及水勢(shì)傳感器。待試驗(yàn)土柱制作完成，調(diào)試傳感器致讀數(shù)穩(wěn)定后在土柱頂部預(yù)留段加水10 cm，控制水頭穩(wěn)定，進(jìn)行常水頭浸水入滲試驗(yàn)。觀察記錄不同時(shí)刻土柱水分變化規(guī)律及入滲量，試驗(yàn)持續(xù)至土柱底部排水管流出穩(wěn)定水流停止。

2 壓實(shí)黃土垂直積水入滲變化特征

2.1 累計(jì)入滲量及入滲率

自試驗(yàn)開始至不同時(shí)刻壓實(shí)土柱累計(jì)積水入滲量時(shí)程曲線如圖2所示。由于入滲過(guò)程自始至終土柱橫截面積A恒定，所以累計(jì)入滲量采用單位面積下的入滲統(tǒng)計(jì)量Q表示。觀察發(fā)現(xiàn)，不同干密度ρd壓實(shí)土柱累計(jì)入滲量隨積水入滲歷時(shí)逐漸增加且變化趨勢(shì)相同，曲線斜率呈先增加后減小，1.45、1.55、1.65 g/cm3下的累計(jì)入滲量分別為Q1.45、Q1.55、Q1.65，同一時(shí)段的累積入滲量與干密度存在負(fù)相關(guān)性，即Q1.45﹥Q1.55﹥Q1.65。這是由于土體干密度變化的本質(zhì)是一個(gè)土體內(nèi)部孔隙壓縮的過(guò)程，而土的水分入滲能力主要受到孔隙體積及連通性的影響，干密度越大，土中孔隙含量越少，利于水分運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)孔隙減少，孔隙連通性越差[14,17]，致使壓實(shí)土體入滲能力減弱。

筆者通過(guò)分析側(cè)滑事故成因及側(cè)滑車輛路面痕跡的特征，基于此提出了一種側(cè)滑事故的處理、鑒定方法，并利用側(cè)向附著系數(shù)側(cè)滑車速計(jì)算法，并運(yùn)用到實(shí)際的側(cè)滑事故當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算分析，總結(jié)出避免側(cè)滑的安全行車方法。從而為交通事故責(zé)任認(rèn)定提供了重要依據(jù)，也為今后道路的建設(shè)和安全駕駛提供了重要依據(jù)和保障。

由圖2可知，受土柱干密度影響，累計(jì)入滲量時(shí)程曲線斜率變化存在差異，為反映受干密度影響下的土體水分入滲快慢，可進(jìn)一步借助不同時(shí)刻入滲率i進(jìn)行表示。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖3)，相應(yīng)干密度下土柱入滲率隨時(shí)間變化與累積入滲量變化趨勢(shì)對(duì)應(yīng)，土柱干密度對(duì)積水入滲率影響明顯，1.45、1.55、1.65 g/cm3下的入滲率分別為i1.45、i1.55、i1.65，大小順序?yàn)閕1.45>i1.55>i1.65。其中，積水入滲初始時(shí)刻入滲率均達(dá)到最大，隨著積水入滲歷時(shí)的增加迅速減小，并逐漸趨于穩(wěn)定，各干密度土柱(1.45、1.55、1.65 g/cm3)對(duì)應(yīng)穩(wěn)定入滲率分別為8.46×10-3、4.42×10-3、1.70×10-3cm/min。造成這一現(xiàn)象的原因在于，一方面積水入滲初期，土體含水率較低，內(nèi)部存在大量空孔隙且基質(zhì)吸力較大，水分與土柱頂面接觸時(shí)可快速被土體吸收，隨著積水入滲的進(jìn)行，土柱上部浸潤(rùn)區(qū)域內(nèi)部孔隙被水分充填，水分繼續(xù)向下運(yùn)移產(chǎn)生孔隙氣壓[18]，同時(shí)不連通的封閉孔隙及土粒自身對(duì)水分入滲起阻礙作用，使入滲率減小；另一方面，不同組土柱干密度變化改變了土體內(nèi)部孔隙含量、孔隙連通性，干密度越大，相同單位橫截面積下孔隙所占百分比越小，孔隙連通性越差，內(nèi)部氣體越不易排出，且浸水易形成封閉氣泡[12]，土體滲透性能變差，使得入滲率受干密度影響存在負(fù)相關(guān)性，進(jìn)而導(dǎo)致相同時(shí)段的累積入滲量不同。

圖2 不同干密度土樣累計(jì)入滲量時(shí)程曲線Fig.2 Time history curve of cumulative infiltration of soil samples with different dry densities

圖3 不同干密度土樣入滲率時(shí)程曲線Fig.3 Time history curve of infiltration rate of soil samples with different dry densities

依據(jù)上述3組不同干密度土柱試驗(yàn)結(jié)果，各選擇5處不同時(shí)間點(diǎn)(10、50、100、200、350 min)對(duì)應(yīng)入滲率，建立入滲率與土柱干密度變化關(guān)系曲線(圖4)。同一時(shí)刻不同干密度對(duì)應(yīng)入滲率擬合曲線斜率反映了土柱干密度對(duì)入滲率的影響變化。可見不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的不同干密度與入滲率擬合曲線斜率隨時(shí)間推移逐漸減小(-0.25、-0.10、-0.09、-0.07、-0.05)，入滲率受土體干密度變化影響主要體現(xiàn)在積水入滲前期，并隨著入滲時(shí)間的推移而影響逐漸減弱。

圖4 入滲率隨干密度變化關(guān)系曲線Fig.4 Relation curve of infiltration rate with dry density

2.2 濕化位移及前進(jìn)速率

3組不同干密度土柱對(duì)應(yīng)積水入滲過(guò)程中濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離隨時(shí)間變化如圖5所示。不同干密度土柱隨積水入滲時(shí)長(zhǎng)推移，濕潤(rùn)鋒前進(jìn)深度逐漸增大，各組濕潤(rùn)鋒時(shí)程曲線變化趨勢(shì)相同，在相同積水入滲時(shí)長(zhǎng)下因受不同組土柱干密度(1.45、1.55、1.65 g/cm3)影響，干密度越大濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離h越短(h1.45>h1.55>h1.65)。自試驗(yàn)開始，各組土柱積水入滲過(guò)程中濕潤(rùn)鋒運(yùn)移相同時(shí)間段200 min所到達(dá)的深度分別為37.6、31.8、22.8 cm。對(duì)比累計(jì)入滲量隨時(shí)間變化時(shí)程曲線(圖2)，可見土體干密度變化對(duì)濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離的影響與累計(jì)入滲量變化具有相似特性。

單位時(shí)間內(nèi)的濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離代表壓實(shí)土柱濕化位移的前進(jìn)速率。積水入滲初期濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率伴隨著初始入滲率達(dá)到最大，而后迅速減小并隨著積水入滲的時(shí)長(zhǎng)而逐漸趨于穩(wěn)定(圖6)，與圖5對(duì)應(yīng)。積水入滲后期，不同干密度土柱(1.45、1.55、1.65 g/cm3)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率分別穩(wěn)定在0.103、0.067、0.034 cm/min。其中，受孔隙變化影響，濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率v與壓實(shí)黃土干密度存在負(fù)相關(guān)性，v1.45>v1.55>v1.65，這是因?yàn)榉e水入滲過(guò)程中，濕潤(rùn)鋒不斷向前推移，土體中的水分主要通過(guò)土粒間的孔隙進(jìn)行運(yùn)移，而土體干密度的增大降低了孔隙間的連通性，減少了孔隙含量，且易形成封閉氣泡阻礙水分運(yùn)移，當(dāng)土中運(yùn)移水分無(wú)法通過(guò)原來(lái)封閉的孔隙時(shí)會(huì)延長(zhǎng)滲流路徑，增加入滲時(shí)間，宏觀上表現(xiàn)出同一時(shí)刻濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率減小。

圖5 不同干密度下濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離時(shí)程曲線Fig.5 Time-history curve of wetting front advancing distance under different dry density

圖6 不同干密度下濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率隨時(shí)間變化曲線Fig.6 Variation curve of wetting front advance rate with time under different dry densities

2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)含水率變化特征

借助水分傳感器可進(jìn)一步監(jiān)測(cè)到各組干密度土柱不同深度土層體積含水率θ隨時(shí)間變化情況(圖7)。隨著積水入滲歷時(shí)增加，壓實(shí)土柱監(jiān)測(cè)截面處水分傳感器由淺至深依次響應(yīng)，土體體積含水率增大并最終基本穩(wěn)定于同一值；其中，隨積水入滲深度變化，同一土柱相鄰?fù)翆觽鞲衅鏖g水分入滲響應(yīng)歷時(shí)逐漸增加(表2)，監(jiān)測(cè)處土體體積含水率由初始態(tài)增濕至穩(wěn)定過(guò)程減緩(表3)。這是因?yàn)?，入滲時(shí)間及入滲深度的變化引起入滲率及濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率逐漸減小，土柱內(nèi)濕潤(rùn)鋒前端水分不能及時(shí)得到上部土體補(bǔ)充，從而導(dǎo)致壓實(shí)土柱下部土體較上部土體受水分入滲增濕時(shí)長(zhǎng)增加。這與不同降雨強(qiáng)度下的土體增濕有著相似的變化特征[3]。

圖7 不同干密度下監(jiān)測(cè)點(diǎn)體積含水率隨時(shí)間變化規(guī)律Fig.7 Variation of volumetric water content of monitoring points with time under different dry densities

不同組土柱干密度變化對(duì)積水入滲土體含水率影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：干密度越大，對(duì)應(yīng)不同組土柱同一深度的相鄰水分傳感器間土層積水入滲歷時(shí)越大(表2)，這是因?yàn)楦擅芏仍龃蠼档土藟簩?shí)黃土水分入滲能力，相同積水入滲時(shí)刻入滲率及濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率減小，表現(xiàn)出同一土層厚度的土體干密度變化與積水入滲歷時(shí)存在正相關(guān)性；不同干密度土柱(1.45、1.55、1.65 g/cm3)積水入滲截止時(shí)，體積含水率分別穩(wěn)定在42.9%、42.2%以及39.0%左右，而土樣的實(shí)際飽和體積含水率分別為46.7%、43.0%以及39.3%，可見充分積水入滲過(guò)后的壓實(shí)土體并未達(dá)到真正飽和。其中，不同組土柱同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)土體增濕過(guò)程(表3)同樣隨干密度變化存在正相關(guān)性，原因是干密度變化改變了土體內(nèi)部孔隙含量及大小，土體增濕過(guò)程中內(nèi)部氣體逸出通道變窄不易擴(kuò)散[18]，導(dǎo)致同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土體增濕過(guò)程隨干密度增大而有所減緩。

表3 不同干密度下監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓實(shí)黃土增濕歷時(shí)Table 3 Moisturization duration of compacted loess at monitoring points under different dry densities

3 干密度對(duì)壓實(shí)黃土滲透性能影響

為對(duì)比分析壓實(shí)黃土受干密度影響下的滲透性能變化，可借助不同干密度狀態(tài)下飽和/非飽和滲透系數(shù)表示。

3.1 非飽和滲透系數(shù)變化規(guī)律

由于積水入滲過(guò)程中土柱內(nèi)部濕潤(rùn)土體與未濕潤(rùn)部分存在明顯界線(圖8)，因此可通過(guò)濕潤(rùn)鋒前進(jìn)法(wetting front advancing method，WFAM)[19]對(duì)非飽和狀態(tài)下的壓實(shí)黃土進(jìn)行滲透系數(shù)求解，公式為

圖8 濕潤(rùn)鋒位置Fig.8 Location of the wet front

(1)

式(1)中：k為積水入滲t1—t2時(shí)段的滲透系數(shù)平均值，cm/s；h為監(jiān)測(cè)截面至土柱頂部距離；θ(h,t1)、θ(h,t2)分別為監(jiān)測(cè)截面處t1及t2時(shí)刻的體積含水率；θ0為對(duì)應(yīng)土柱的初始體積含水率；γw為水的重度；v為t1—t2時(shí)段濕潤(rùn)鋒的平均前進(jìn)速率；Ψ(h,t1)、Ψ(h,t2)分別為監(jiān)測(cè)截面在t1和t2時(shí)刻的基質(zhì)吸力，kPa；取Δt=t2-t1=5 min。

通過(guò)預(yù)先埋設(shè)的水勢(shì)傳感器與水分傳感器，對(duì)不同干密度狀態(tài)下的壓實(shí)黃土土-水特征曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定(圖9)。由圖9可知，干密度越大，壓實(shí)黃土內(nèi)部基質(zhì)吸力會(huì)隨體積含水率變化而更加敏感。利用VG(van genuchten)模型[20][式(2)]對(duì)不同干密度狀態(tài)下的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，擬合參數(shù)見表4。

表4 壓實(shí)黃土土-水特征曲線擬合參數(shù)Table 4 Fitting parameters of soil-water characteristic curve of compacted loess

圖9 不同干密度壓實(shí)黃土土-水特征曲線Fig.9 Soil water characteristic curve of compacted loess with different dry densities

(2)

式(2)中：θs和θr分別為飽和體積含水率及殘余體積含水率；a、n、m為擬合參數(shù)，m=1-1/n。

此外，不同干密度壓實(shí)土柱濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率在積水入滲初期變化較大，隨著積水入滲歷史的增加而逐漸趨于穩(wěn)定(圖6)，因此，選取監(jiān)測(cè)深度H=40 cm的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)非飽和狀態(tài)下的壓實(shí)黃土滲透系數(shù)進(jìn)行求解，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布如圖10所示。

圖10 不同干密度壓實(shí)黃土非飽和滲透系數(shù)Fig.10 Unsaturated permeability coefficient of compacted loess with different dry densities

非飽和狀態(tài)壓實(shí)黃土滲透系數(shù)隨體積含水率變化(19.3%～40.4%)主要分布在10-9～10-4cm/s，隨體積含水率的增大而增大，跨越了5個(gè)數(shù)量級(jí)。其中，當(dāng)體積含水率介于20%～30%時(shí)，干密度對(duì)壓實(shí)黃土滲透系數(shù)影響不明顯，且滲透系數(shù)隨體積含水率變化相對(duì)平緩；當(dāng)體積含水率大于30%時(shí)，同一體積含水率下干密度越大滲透系數(shù)越小，k1.45>k1.55>k1.65，滲透系數(shù)隨體積含水率變化較為劇烈。這是因?yàn)楫?dāng)土體含水率較低時(shí)，受基質(zhì)吸力影響，水分主要通過(guò)土中微孔隙運(yùn)移，而干密度變化對(duì)土中微孔隙影響較小，從而致使該階段土體滲透性能差別不大；當(dāng)含水率逐漸升高，基質(zhì)吸力減小，微孔隙接近飽和，水分逐漸進(jìn)入孔徑相對(duì)更大的孔隙中，干密度越小，該階段中的孔隙含量越高，越有利于水分運(yùn)移，滲透性能越好[14]。由圖7可知，積水入滲過(guò)程中土體與上部水分接觸時(shí)會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)快速發(fā)生變化，土體體積含水率增大，進(jìn)而非飽和滲透系數(shù)隨干密度的不同發(fā)生快速分化，致使不同干密度下的壓實(shí)土柱積水入滲特征產(chǎn)生差異性變化。

3.2 飽和滲透系數(shù)變化規(guī)律

當(dāng)壓實(shí)土柱底部開始出水，且連續(xù)24 h的單位時(shí)間下出水量恒定時(shí)，認(rèn)為土柱增濕已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。由于積水入滲試驗(yàn)自始至終水頭保持恒定(10 cm)，因此可通過(guò)常水頭法對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)下的滲透系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式為

(3)

式(3)中：A為土柱橫截面積，cm2；H為土柱高度，cm；Q為Δt時(shí)段內(nèi)的累計(jì)入滲量(出水量)，cm3；hw為水頭高度，cm。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖11)，利用常水頭積水入滲測(cè)得的穩(wěn)定滲透系數(shù)與通過(guò)抽飽和變水頭實(shí)測(cè)的飽和滲透系數(shù)ks隨干密度變化趨勢(shì)相同，均隨干密度增大而減小，其中土柱穩(wěn)定時(shí)的滲透系數(shù)值均低于飽和狀態(tài)值，這是因?yàn)榉e水入滲過(guò)程中壓實(shí)黃土增濕至穩(wěn)定時(shí)并未達(dá)到飽和，土體內(nèi)部存在一定量不能自由排出的封閉氣泡對(duì)水分運(yùn)移起到阻礙作用，單位滲流截面內(nèi)水分通過(guò)面積減小，致使?jié)B透性能與實(shí)際飽和狀態(tài)存在差異。但總體而言不同干密度狀態(tài)下的壓實(shí)黃土飽和滲透系數(shù)值與積水入滲值均分布在同一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，較為接近，因此一般情況下可近似認(rèn)為常水頭積水入滲下的穩(wěn)定滲透系數(shù)等于飽和滲透系數(shù)。

圖11 不同干密度壓實(shí)黃土飽和滲透系數(shù)Fig.11 Saturated permeability coefficients of compacted loess with different dry densities

4 結(jié)論

(1)壓實(shí)黃土干密度變化對(duì)土體積水入滲特性影響顯著，干密度越大，相同積水入滲時(shí)段累計(jì)入滲量越小，濕潤(rùn)鋒前進(jìn)距離越短。

(2)隨積水入滲進(jìn)行，入滲率與濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率先迅速減小后逐漸趨于穩(wěn)定，壓實(shí)黃土干密度變化與入滲率和濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速率存在負(fù)相關(guān)性，干密度對(duì)入滲率影響隨積水入滲時(shí)間推移逐漸減弱。

(3)積水入滲過(guò)程中，土柱體積含水率由淺至深依此遞增，同一深度相鄰傳感器間土柱干密度越大，傳感器響應(yīng)時(shí)間間隔越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土體干密度越大，增濕過(guò)程越緩慢。

(4)壓實(shí)黃土增濕過(guò)程中，滲透系數(shù)逐漸增大，主要分布在10-9～10-4cm/s，當(dāng)體積含水率介于20%～30%時(shí)，滲透系數(shù)受干密度影響不明顯；當(dāng)體積含水率大于30%時(shí)，干密度越大滲透系數(shù)越?。划?dāng)壓實(shí)黃土增濕至穩(wěn)定時(shí)，土體并未達(dá)到飽和，滲透系數(shù)近似等于飽和滲透值。