不同浸水时间黄河堤防土体强度特性试验研究
堤防工程碾压实验方案
堤防工程碾压实验方案本次实验的主要目的是通过碾压实验来研究堤防工程中使用的碾压机在不同条件下对土壤的压实效果。
通过实验结果，可以评估碾压工艺对土壤工程性能的影响，为实际工程提供参考依据。
实验原理碾压是一种广泛应用于土壤工程中的方法，通过机械设备对土壤进行挤压，以改善土壤密实度和稳定性。
碾压机通常由重型辊筒和振动器组成，在挤压过程中，土壤颗粒之间会发生挤压变形，从而减少孔隙度和提高土壤的承载能力。
实验材料1. 土壤样品：从实际堤防工程中获取的土壤样品；2. 碾压机：用于对土壤样品进行碾压处理；3. 实验设备：包括振动器、压力计等设备；4. 实验工具：包括铲子、量筒、振动仪等工具。
实验步骤1. 土壤采集：从实际堤防工程中获取土壤样品，并进行初步筛选和干燥处理；2. 实验准备：准备好实验设备和工具，确保实验环境和设备符合安全和工作要求；3. 土壤样品预处理：将土壤样品分别放入碾压机中，进行初步碾压处理，以保证土壤样品的均匀性；4. 实验方案设计：根据实际需要，设计不同碾压条件下的实验方案，包括碾压时间、碾压压力、碾压速度等；5. 碾压实验：根据实验方案进行碾压实验，记录实验过程中的压力变化、土壤变形、振动情况等数据；6. 数据分析：对实验数据进行分析和对比，评估不同碾压条件下土壤的压实效果，提出实验结论；7. 实验结论：根据实验结果，得出对堤防工程碾压工艺的评价和建议。
实验安全1. 在进行碾压实验时，应保持实验现场的安全，确保操作人员的人身安全；2. 使用碾压机时，应严格遵守操作规程，确保设备的正常运行和使用；3. 对实验设备和工具进行定期检查和维护，确保设备的稳定性和安全性。
实验结果通过以上实验步骤，可以获取不同碾压条件下土壤样品的压实效果数据，进而分析和比较实验结果。
实验结果可以包括压实曲线、压实度、孔隙度、承载能力等数据，用于评估不同碾压条件下土壤的工程性能表现。
结论与建议根据实验结果，可以得出不同碾压条件下土壤的压实效果，评估碾压工艺对土壤工程性能的影响，提出实际工程应用的建议。
膨胀土土工袋浸水变形及强度特性试验研究
３ Ｓ ｐ ｒ ｉｉｎＣ ｎ ｒ ｏ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅＳ ｕ ｈｔ－ ｒｈ Ｗａｅ ｖ ｒｉｎ Ｐ ｏ ｅ ｔ Ｂ ｉｉ ｇ １ ０ ５ ， ｈ ｎ ） ． ｕ ｅ ｖ ｏ ｅ ｔｅｆ ｒＣ ｎ ｔ ｃ ｏ ｆ ｔ ｏ ｔ ｏＮｏ ｔ ｔ Ｄｉ ｅｓｏ ｒ ｊ ｃ ， ｅ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｓ ｒ ｉ ｈ ｒ ｊ
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了将这种“ 不老实土” 约束在 土工袋 中的处理方法 ， 并通过大量 的室 内、 场试 验研究 ， 现 验证 了该处理方 法的有效性 。 现概述 了膨胀土 的基本特性 和膨胀土的处理原则 ， 着重介绍 了土工袋处理膨胀土 的基本 原理 。通过土工袋浸水变形 和膨胀力等室内试验分析 ， 验证了土工袋具有提高膨胀土的强度 和限制其膨胀变形等作用特点 。
２ 国务院南水北调工程建设委员专家委员会 ， ． 北京 １ ０ ５ ；． ０ ０ ３ ３南水北调工程建设监管 中心 ， 北京 １０ ５） ０ ０ ３
水利工程中的堤防稳定性分析
水利工程中的堤防稳定性分析随着人口增长和城市化进程的推进，水利工程无疑成为了人们关注的热点话题。
作为水利工程的重要组成部分，堤防的稳定性问题备受关注。
本文将对堤防稳定性分析进行讨论，从土体力学和水土保持两个方面进行阐述。
一、土体力学角度1.土工材料特性正确认识土工材料的特性是堤防稳定性分析的关键。
对于不同类型的土工材料，其力学性质不同。
例如，粗粒土具有较强的抗剪强度和排水性能，但在大雨环境下，其排水能力会变差或消失，同时在外力作用下也易引起弯曲和挤压破坏。
而粘性土容易出现淘刷现象，如湿陷性黏土水分过多时，容易变形且强度减小；同样，干燥缩裂性黏土在遇到极端环境时，如大气湿度急剧下降，也会出现裂缝变形。
因此在堤防的设计和施工中，应根据实际情况选择适合的土工材料，并针对其特性进行分析，确定设计方案。
2.堤防剖面的选择针对堤防剖面的选择，需要综合考虑经济性、技术可行性和稳定性三个方面。
不同类型的剖面对应不同的稳定性方案。
例如粗粒土和石子混凝土的剖面力学特性较好，具有较高的稳定性；但施工较复杂，需要借助大型机械实现。
对于黏性土和黏性粘土，选取深几何断面或梯形断面较为适宜，通过成形机的压实方式，使土体达到较高的稳定状态；但对于黏性土，则需要在施工过程中严格控制水分含量，否则会影响到土体的强度和固结性能。
在选择剖面方案之前，需要进行基准地质调查，了解现场环境、材料特性和周边海拔高差等因素，确保设计方案的稳定性。
3.抗滑稳定性分析在堤防建设中，抗滑稳定性分析是一个非常重要的环节。
抗滑稳定性的核心在于确定土体的抗滑系数和安全系数，得出最终的稳定状态。
而计算抗滑系数的前提是需要了解土体材料的内摩擦角和水分含量等特性。
具体的计算公式是W=sinϕ±1*cosΨ，其中W是抗滑系数，ϕ是土体内摩擦角，Ψ是土体剪切面与水平面垂线夹角。
在进行稳定性计算时，还需要考虑堤防的自重、地下水位和背水压力等因素的影响。
4.流固耦合效应的考虑堤防防洪作用一般需要利用重力坝的原理，通过陡坡堤、趾背板等结构来承担洪水冲刷和侵蚀的力量。
为西部交通建设提供重要指导--黄土浸水特性研究获多项成果
2005年第1期 (总65期)交通部西部交通建设科技项目管理中心2005年1月14日为西部交通建设提供重要指导--黄土浸水特性研究获多项成果《科技日报》编者按：随着西部项目的实施进入到第4年，涌现了一大批科技成果，如何做好科技成果的宣传、推进科技成果的有效转化成了西部项目日益重要的工作。
长安大学承担的“黄土浸水特性研究”在全国性报刊《科技日报》上进行科技成果的宣传，体现了长安大学对项目成果宣传的高度重视，充分调动各种媒体资源，积极推动了成果的宣传和推广。
由长安大学岩土与隧道研究所承担的交通部西部交通建设科技项目“黄土的浸水特性研究”于2001年启动，前不久由交通部西部交通建设科技项目管理中心在西安组织专家对该项目进行了鉴定和验收。
专家一致认为，课题针对湿陷性黄土首次开展了不同地域的大型原位黄土浸水入渗规律试验研究，采用时域土壤水分测试（TDR）技术实现了含水量的高精度原位量测，系统研究了黄土浸水入渗的工程特性，在原位浸水试验研究成果基础上，建立了非饱和黄土浸水计算模型。
同时系统进行了湿陷性黄土增湿性状的室内试验研究，深入分析了湿陷性黄土的增湿变形特性，进一步揭示了湿陷性黄土的增湿强度特征，提出了湿陷性黄土的增湿变形计算模型。
在此基础上首次实现了大变形理论的黄土增湿有限元法，研编了对黄土进行增湿大变形有限元仿真分析软件，据以分析了黄土路基及路堑边坡不均匀浸湿时的变形和破坏特征。
项目对黄土的浸水特性的研究系统、深入，理论上有创新，对湿陷性黄土地区公路建设和养护提供了理论依据和技术指导，具有显著的应用价值和社会、经济效益。
并且构成了增湿变形分析由入渗计算到工程评价完整的框架体系。
研究成果达到了国际领先水平。
项目实施期间，针对典型湿陷性黄土，课题组通过大规模的原位浸水试验、系统的室内试验和数值仿真研究，取得了以下主要研究成果：首次开展了大规模的原位黄土浸水试验。
试验中引入了基于介电常数法原理的TDR与HHZ测量土的含水量，解决了含水量原位量测技术的难题，实现了含水量原位无损连续快速测量。
盐渍土地区浸水载荷现场试验及数值模拟研究
盐渍土地区浸水载荷现场试验及数值模拟研究盐渍土地区浸水载荷现场试验及数值模拟研究摘要：盐渍土地区的水资源有限，而人们对水资源的需求却日益增长。
为了高效利用盐渍土地资源，本研究通过现场试验和数值模拟，探讨了盐渍土地区的浸水载荷及其对土壤盐分的影响。
试验结果显示，适当的浸水载荷可以显著降低土壤盐分，提高土壤肥力，为盐渍土地的农业利用提供了技术支持。
1. 引言盐渍土地指的是土壤中盐分含量超过农业生产所能耐受的限度的土地。
全球约有9000万公顷的土地受盐渍化的影响，其中亚洲占比最大。
在我国，盐渍土地广泛分布于东北地区、西北地区和青藏高原等干旱半干旱地区，占据了大量农田资源。
如何高效利用盐渍土地资源，成为当前迫切需要解决的问题。
2. 浸水载荷现场试验在盐渍土地区，通过适当的浸水可以有效改善土壤盐分，提高土壤肥力。
为了探讨浸水载荷对土壤盐分的影响，我们选取了山西省一个盐碱地实施现场试验。
试验区面积为20亩，将试验区划分为四个不同的处理组：不浸水组、低载荷浸水组、中载荷浸水组和高载荷浸水组。
试验持续一年，每组设置三个重复样点。
试验结果显示，浸水处理可以显著降低土壤盐分。
低载荷浸水组和中载荷浸水组的土壤电导率分别较试验开始时下降了30%和35%，高载荷浸水组下降了40%，而不浸水组的土壤电导率基本没有变化。
此外，浸水处理还可以改善土壤结构，增加土壤有机质含量。
综合分析试验结果，中载荷浸水对土壤盐分降低效果最明显，适宜的浸水载荷可以提高土壤肥力，为盐渍土地的农业利用提供了可行性依据。
3. 数值模拟研究为了进一步研究盐渍土地区的浸水载荷效果，我们采用了数值模拟方法。
首先，通过野外调查获取土壤盐分分布数据和水分状况数据，建立盐渍土地的数值模型。
然后，根据模型建立不同浸水载荷条件下的数值模拟实验。
模拟结果显示，适当的浸水载荷可以显著降低土壤盐分。
当载荷过低时，水分无法充分渗透土壤，不能有效降低土壤盐分；当载荷过高时，水分快速流失，效果也不佳。
黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性
第４１卷第２期２０２１年１月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４１，Ｎｏ．２Ｊａｎ．，２０２１基金项目：国家自然科学基金项目（４１９７１０９３）收稿日期：２０１９⁃０３⁃１５；㊀㊀修订日期：２０２０⁃１１⁃０２∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｈｅｎｇ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１９０３１５０４９１曹伟，盛煜，吴吉春，彭尔兴．黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性．生态学报，２０２１，４１（２）：６５５⁃６６４．ＣａｏＷ，ＳｈｅｎｇＹ，ＷｕＪＣ，ＰｅｎｇＥＸ．ＳｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌｉｎｔｈｅＳｏｕｒｃｅＡｒｅａｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２１，４１（２）：６５５⁃６６４．黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性曹㊀伟，盛㊀煜∗，吴吉春，彭尔兴中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，兰州㊀７３００００摘要：冻土土壤水分运动由于受到冻融过程的影响而显示其独特性，而目前对于不同类型冻土土壤水分入渗特性尚缺乏足够的认识㊂为此，以黄河源区康穷小盆地多下坡年冻土和上坡季节冻土区为例，结合季节降雨变化，基于大气降水㊁冻土土壤水分㊁冻结层上水等野外监测数据分析，采用ＨＹＤＲＵＳ⁃１Ｄ软件冻融模块进行土壤水分入渗模拟，对比分析了融化期多年冻土和季节冻土土壤水分运移过程的差异性，研究结果表明：①在快速融化阶段，降雨以地表径流为主，表层土壤水分含量增加，土壤下渗有限，冻结层上水位上升幅度较小；在稳定融化阶段，土壤水分含量增加，土壤水分下渗增强，受冻土层阻隔影响，多年冻土区冻结层上水水位上升幅度较大，季节冻土区土壤水分则以深层渗漏或侧向流动为主㊂②受到降雨强度㊁土壤质地㊁蒸散发㊁植被覆盖等因素的影响，降雨损失主要以地表径流为主，下坡各层土壤水分随冻结土壤融化自上而下逐渐增加并达到饱和状态，但上坡表层土壤不易达到饱水状态㊂③区域河流贯穿融区地下水发育，导致上坡冻结层上水位小幅度上升，下坡冻结层上水位的变化除受到降雨入渗的影响外，还受到融区地下水的影响，引起下坡冻结层上水位的快速上升㊂研究结果有助于深入了解全球气候变化背景下的冻土退化及其水文效应，进而为定量评估流域水资源脆弱性与区域生态敏感性提供科学依据㊂关键词：黄河源区；不同类型冻土；土壤水分；入渗特性ＳｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌｉｎｔｈｅＳｏｕｒｃｅＡｒｅａｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＣＡＯＷｅｉ，ＳＨＥＮＧＹｕ∗，ＷＵＪｉｃｈｕｎ，ＰＥＮＧＥｒｘｉｎｇＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｒｏｚｅｎＳｏｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｃｏ⁃ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｗａｔｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌｓｈｏｗｓｉｔｓｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｐｒｏｃｅｓｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｉｓａｌａｃｋｏｆｉｎ⁃ｄｅｐｔｈｓｔｕｄｙｏｎｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌａｔｐｒｅｓｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｓｌｏｐｅｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｔｔｈｅｓｍａｌｌｂａｓｉｎｏｆＫａｎｇｑｉｏｎｇｉｎＳｏｕｒｃｅＡｒｅａｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｉｓｚｏｎｅｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅｉｓｃｏｖｅｒｅｄｂｙｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｇｒｏｕｎｄａｎｄｔｈａｔｏｎｔｈｅｄｏｗｎｓｌｏｐｅｉｓｃｏｖｅｒｅｄｂｙｔｈｅｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄａｔａｈａｓｂｅｅｎｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｖａｒｉｏｕｓｓｏｕｒｃｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ，ａｎｄｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｆｒｏｍＭａｙ２０１７ｔｏＯｃｔｏｂｅｒ２０１７．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｍｏｄｕｌｅｏｆＨＹＤＲＵＳ⁃１Ｄｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｅａｓｏｎａｌｒａｉｎｆａｌｌｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｎｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｒｅｇｉｏｎｓｉｓｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈａｗｉｎｇｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：１）ｉｎｔｈｅｒａｐｉｄｔｈａｗｉｎｇｓｔａｇｅ，ｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｓｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｂｕｔｔｈｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｉｓｌｉｍｉｔｅｄ．Ｓｏ，ｔｈｅｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｆｌｏｗｒｉｓｅｓｓｌｉｇｈｔｌｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｌｅｔｈａｗｉｎｇｓｔａｇｅ，ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｌａｙｅｒ，ｔｈｅｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｓｒｉｓｅｓｇｒｅａｔｌｙ．Ｗｈｉｌｅｉｎ６５６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀ｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｒｅｇｉｏｎｓ，ｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｓｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｄｅｅｐｌｅａｋａｇｅｏｒｌａｔｅｒａｌｆｌｏｗ．２）Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅ，ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅ，ｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌｌｏｓｓｉｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆ．Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｅａｃｈｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｄｏｗｎｓｌｏｐｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙｆｒｏｍｔｏｐｔｏｂｏｔｔｏｍｗｉｔｈｔｈｅｔｈａｗｉｎｇｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌａｎｄｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅ．Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅｈａｓｂｅｅｎｒｉｓｉｎｇｗｉｔｈｔｉｍｅ，ｂｕｔｉｔｃａｎｎｏｔｒｅａｃｈａｓｔａｂｌｅｓｔａｔｅ．３）Ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｔａｌｉｋｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｌｅａｄｓｔｏａｓｍａｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｌｏｐｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｒａｉｎｆａｌｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｏｎｔｈｅｄｏｗｎｓｌｏｐｅｉｓａｌｓｏａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔａｌｉｋｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅｒａｐｉｄｒｉｓｅｏｆｔｈｅｓｕｐｒａｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｎｔｈｅｄｏｗｎｓｌｏｐｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｈｅｌｐｆｕｌｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌａｎｄｉｔｓｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｇｉｏｎａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳｏｕｒｃｅＡｒｅａｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ；ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ；ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ冻土对温度变化极其敏感，作为寒区地质环境中的主要控制性因子，其变化将对多年冻土区生态环境与水文环境产生重要影响［１⁃５］㊂当前，随着气候变暖和人类活动的不断加剧，冻土已经发生退化，诸如季节融化深度加深㊁地下冰融化㊁地下水位下降等，从而导致了多年冻土垂直剖面厚度和水平分布边界上的明显变化，进而影响其承载的寒区生物圈在组成结构与分布格局上的显著变化［６⁃９］㊂特别是全球变化影响下的冻土退化改变了表层土壤水分运移过程，深刻影响着区域水循环与水平衡［１０⁃１３］，因而探讨冻土区表层土壤水分的入渗规律，对于深入了解全球气候变化背景下的冻土变化及其水文效应，理解冻土退化诱发水资源变化的作用机制具有积极的作用㊂冻土区土壤水分运动由于受到冻融过程的影响而显示其独特性，因而相关研究备受国内外学者的关注，针对这一研究问题，当前研究一方面围绕多年冻土和季节冻土土壤水分特征进行了分析和研究，基于室内试验和野外定位观测试验，着重分析了冻结期和融化期土壤含水量的变化规律及其与土壤温度之间的耦合关系［１４⁃１７］㊂另一方面针对不同下垫面条件深入研究冻土区土壤水分运动的响应规律，考虑了青藏高原冻土区的土地覆被类型㊁植被覆盖㊁有无积雪等因素，重点研究了在冻融过程影响下自然环境因素对土壤水热过程的影响及其土壤水分运移过程［１８⁃２１］㊂尽管这部分研究从不同的角度和侧面揭示了多年冻土和季节冻土土壤水分在不同冻融阶段下运动规律及其对不同影响因素的响应特征，但是土壤水分是联系地表水和地下水的纽带，在冻土区土壤水分主要来源于降雨，降雨是冻土土壤水分运动的主要驱动力，同时冻土土壤水分将通过壤中流等运移方式汇入冻结层上水中，而基于土壤水分的 源⁃汇 视角系统探讨冻土土壤水分运移过程与入渗规律的研究相对较少㊂作为 亚洲水塔 的青藏高原，特别是位于东北部的江河源区是我国和亚洲主要河流的发源地㊂近年来，气候显著变暖，青藏高原冻土正处于加速退化过程中［２２⁃２５］㊂受冻土退化影响，江河源区之一的黄河源区水资源补给㊁径流与排泄过程发生了显著变化，迫切需要认识冻土变化造成的水文影响［２６⁃２９］㊂为此，研究以黄河源区康穷盆地多年冻土和季节冻土为例，基于 源⁃汇 视角，从冻土土壤水分的运移过程入手，结合降雨和冻结层上水的变化规律，运用野外定位观测试验和数值模拟分析方法，分析黄河源区典型多年冻土与季节冻土土壤水分入渗对降雨的差异响应机制，从而为了解冻土退化引起的水资源效应提供基本认识，进而为定量评估其变化及风险提供科学依据㊂１㊀材料与方法１．１㊀区域概况１．１．１㊀自然环境状况黄河源区位于青藏高原中东部（图１），一般是指多石峡以上的源头区集水范围，两湖（鄂陵湖和扎陵湖）形成区域的汇水中心，地理坐标介于９５ʎ５５ᶄＥ ９８ʎ４１ᶄＥ㊁３３ʎ５６ᶄＮ ３５ʎ３１ᶄＮ之间，海拔４１９３ ５２３８ｍ，源区总面积约２．９８ˑ１０４ｋｍ３㊂源区地貌类型复杂多样，涵盖了冰蚀河谷㊁高原山地㊁陡峭坡地㊁平缓斜坡㊁河相滩地㊁滩地平原㊁深丘陡坡等㊂地表水体除鄂陵湖㊁扎陵湖以外，尚有隆热错㊁茶木错㊁尕拉拉错㊁星星海等诸多湖泊，多曲㊁热曲㊁勒那曲㊁贝敏曲等河流构成黄河的一级支流㊂区域属于高原大陆气候区，受季风气候影响，年降水量在３００ ４００ｍｍ，年蒸发量为１０００ １５００ｍｍ，年平均气温低于－３．５ħ㊂高寒沼泽草甸㊁高寒草甸㊁高原草原和荒漠是主要的植被类型㊂图１㊀研究区野外监测场地布设示意Ｆｉｇ．１㊀Ｆｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｉｔｅｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ１．１．２㊀冻土发育状况冻土一般可分为短时冻土㊁季节冻土以及多年冻土㊂多年冻土，是指冻结状态连续保持三年或三年以上的岩土体，空间上包括上部活动层和下部冻土层㊂季节冻土，是指冬季冻结㊁春季融化每年冻融交替一次的岩土体㊂黄河源区多年冻土下界一般在４３５０ ４３７０ｍ，多年冻土面积占整个源区的８０％以上㊂多年冻土年平均地温在－０．２ ２ħ之间㊂０ħ附近的多年冻土厚度一般在２０ｍ左右；高于－０．５ħ的多年冻土厚度一般不超过４０ｍ；高于－１．０ħ的多年冻土厚度一般不超过６０ｍ；－２ħ附近的低温多年冻土的厚度一般不超过１００ｍ㊂沼泽草甸活动层厚度一般为１．０ ２．０ｍ；高寒草甸活动层厚度多介于２．０ ４．０ｍ；草原区活动层厚度３．０ ５．０ｍ㊂近年来随着气候变暖㊁人类活动等多方面因素影响，多年冻土正逐步退化㊂康穷下坡冻土钻孔剖面位于黄河源区康穷小盆地底部平坦地面，海拔４３０２ｍ，地貌特征为河谷盆地，地表植被为苔草草原，区域为不连续多年冻土分布区，多年冻土厚度３０ ５０ｍ，季节融化深度２．８ｍ，年平均地温为－０．５７ħ㊂康穷上坡冻土钻孔剖面位于黄河源区康穷小盆地周边山坡，海拔４３１４ｍ，地貌特征为山前缓坡，地表植被稀疏，生长一些次生杂草的裸露荒漠带，区域为季节冻土分布区，年平均地温为０．９５ħ㊂１．２㊀样点布设与采集方法分别选取康穷下坡㊁康穷上坡冻土剖面进行气象㊁冻土㊁水文等不同类型要素观测仪器的布设（图１）㊂研究区不同类型要素观测仪器如表１所示㊂采用美国Ｃａｍｐｂｅｌｌ公司生产的ＣＲ３０００数据采集器定期获取每日数据，其中气象要素监测频率为０．５ｈ／次，冻土和水文要素监测频率为４ｈ／次㊂本文选用２０１７年５月至２０１７年１０月期间冻土融化期间的监测日平均数据㊂１．３㊀研究方法降水在多年冻土和季节冻土土壤中的入渗过程主要采用ＨＹＤＲＵＳ⁃１Ｄ软件冻融模块进行模拟分析㊂通过改进Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程，耦合土壤水热过程，实现对土壤水运动的计算，其公式如下［３０⁃３１］：∂θｕ（ｈ）∂ｔ＋ρｉρｗ∂θｉ（Ｔ）∂ｔ＝∂∂ｚ［ＫＬｈ（ｈ）∂ｈ∂ｚ＋ＫＬｈ（ｈ）＋ＫＬｈ（ｈ）∂Ｔ∂ｚ＋Ｋｖｈ（θ）∂ｈ∂ｚ＋ＫｖＴ（θ）∂Ｔ∂ｚ］－Ｓ（１）７５６㊀２期㊀㊀㊀曹伟㊀等：黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性㊀８５６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀式中，θｕ为未冻水含水率（包括液态水和气态水），ｃｍ３／ｃｍ３；θ为液态水含量，ｃｍ３／ｃｍ３；θｉ为含冰量，ｃｍ３／ｃｍ３；ｔ为时间，ｓ；ｚ为空间坐标，ｃｍ，向上为正；ρｉ为冰密度，ｋｇ／ｍ３，取９３１ｋｇ／ｍ３；ρｗ为液态水密度，ｋｇ／ｍ３，取１０００ｋｇ／ｍ３；ｈ为压力水头，ｃｍ；Ｔ为温度，Ｋ；Ｓ为汇源项，ｓ－１，通常为根系吸水项㊂表１㊀研究区观测仪器Ｔａｂｌｅ１㊀Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ观测要素Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｅｌｅｍｅｎｔｓ仪器型号ＥｍｂｅｄｄｉｎｇｌｏｃａｔｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｍｏｄｅｌ埋设位置气象Ｗｅａｔｈｅｒ气温ＨＯＢＯＵ２３⁃００１温湿度记录仪高度１ｍ降水Ｔ⁃２００Ｂ型自动雨雪量计冻土Ｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ土壤温度Ｓ⁃ＴＭＢ⁃Ｍ００６土壤温度传感器深度２０㊁５０㊁８０㊁１２０㊁１６０㊁２００㊁２５０ｃｍ土壤水分Ｓ⁃ＳＭＣ⁃Ｍ００５土壤湿度传感器水文Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ地下水位ＨＯＢＯ压力式水位温度自动记录仪深度２５０ｃｍ㊀㊀康穷下坡埋设深度２５０ｃｍ；康穷上坡埋设深度２００ｃｍ初始条件通过线性插值土壤水分的实测值确定㊂上边界条件考虑地表积水，最大深度设为１０ｃｍ，在模拟时段内逐日输入上边界通量值，包括降雨量和蒸发量㊂下边界条件以地下水位埋深设定㊂按照土壤发生层次将土体分为７层（０ ２０ｃｍ，２０ ５０ｃｍ，５０ ８０ｃｍ，８０ １２０ｃｍ，１２０ １６０ｃｍ，１６０ ２００ｃｍ，２００ ２５０ｃｍ），假定各层土壤性质均一㊂依据各层土壤质地，利用ＨＹＤＲＵＳ⁃１Ｄ中的ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ模块得到各层土壤水力学参数，并设定为初始值㊂采用相关系数（Ｒ２）来定量评价模拟结果㊂图２显示了研究区康穷上坡不同深度土壤温度和土壤水分模拟值与观测值比较结果，总体来说，土壤温度和土壤水分的模拟效果一致性较好，土壤温度的模拟效果要好于土壤水分的模拟效果，深层土壤温度和土壤水分的模拟效果要好于表层土壤温度和土壤水分的模拟效果㊂２㊀结果与讨论２．１㊀多年冻土和季节冻土土壤温度变化研究区２０１７年５月 １０月气温与降水变化情况如图３所示㊂从图３可以看出，区域这一时期内平均气温为６．０６ħ，区域２０１７年７月２１日日气温最高，为１５．１ħ，２０１７年５月１５日日气温达到最低，为－２．１６ħ㊂区域这一时期累积降水量为３５６．２ｍｍ，相对偏多，处于丰水季节，总体而言每个月份的降水量均相对较多㊂如图４所示康穷下坡（多年冻土）㊁康穷上坡（季节冻土）土壤温度季节变化，从图中可以看出，在融化发生阶段，康穷下坡（多年冻土）零度等温线的斜率较缓，说明２５０ｃｍ深度范围内活动层土壤完全融化所经历的时间较长，土壤温度等值线略显密集，说明温度上升的速率较快，而不同深度土壤融化起始日期的时间隔较大，深层土壤明显滞后于浅层土壤㊂康穷上坡（季节冻土）零度等温线的斜率较陡，说明２００ｃｍ深度范围内活动层土壤完全融化所经历的时间较短，土壤温度等值线略显稀疏，说明温度上升的速率较慢，而不同深度土壤融化起始日期的时间隔较小，深层土壤稍微滞后于浅层土壤㊂２．２㊀多年冻土和季节冻土土壤水分入渗过程２．２．１㊀多年冻土从图５中可以看出，在快速融化阶段，对于康穷下坡多年冻土而言，随着在这一时期降雨量的增多，由于各层土壤随着时间的推移开始逐渐融化，因而土壤的储水能力也在逐渐增强，除降雨来源外，受地形地势影响，该下坡主要承接上坡的坡面侧向流补给，同时下坡与河流较近，也有部分水分来自河流湖泊的补给，水量较为充分，这部分降雨除蒸发和地表径流外，主要受垂直重力的影响向下入渗，由于表层土壤先于底层土壤融化，底层土壤仍处于完全冻结状态，因而表层土壤含水量呈逐渐增加的趋势，底层土壤含水量的变化幅度不大，从观测的结果来看，在２０ｃｍ㊁５０ｃｍ土层深度处，由于至５月上旬土壤已经完全融化，该层土壤处于饱和状态，土壤水分体积含量保持稳定，分别处于３０％和４０％左右；在８０ｃｍ土层深度处，在５月底至６月初期间，图２㊀研究区不同深度土壤温度和土壤水分模拟值与观测值比较Ｆｉｇ．２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓ９５６㊀２期㊀㊀㊀曹伟㊀等：黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性㊀０６６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀图３㊀研究区气温与降水变化过程Ｆｉｇ．３㊀Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ土壤温度跨越了０度等温线，土壤进入完全融化状态，而此时土壤水分体积含量也由之前的１０％左右迅速增加，并在２０％左右达到稳定状态；在１２０ｃｍ土层深度处，在６月下旬，土壤进入完全融化状态，而此时土壤水分体积含量也由之前的６％左右迅速增加，并在１２％左右达到稳定状态；在１６０ｃｍ土层深度处，在７月中上旬，土壤进入完全融化状态，而此时土壤水分体积含量也由之前的６％左右迅速增加，并在１０％左右达到稳定状态；在２００ｃｍ土层深度处，在７月中上旬，土壤进入完全融化状态，而此时土壤水分体积含量也由之前的１０％左右逐渐增加，并在２５％左右达到稳定状态；在２５０ｃｍ土层深度处，在８月中上旬，土壤进入完全融化状态，而此时土壤水分体积含量也由之前的１３％左右逐渐增加，并在３０％左右达到稳定状态㊂在快速融化阶段，虽然冻结土壤自上而下逐渐融化，但底部土壤仍然处于冻结状态，降雨入渗还不能完全到达底部，因而冻结层上水位观测显示其变化幅度不大，基本保持不变㊂在完全融化阶段，各层土壤处于完全融化状态，各层土壤含水量基本处于饱和状态，由于下部多年冻土层的阻隔作用，因而冻结层上水位快速上升并逐渐达到稳定状态㊂因此，降雨在多年冻土区的再分配过程，受到季节冻融过程和冻土层阻隔的影响，主要以向下入渗为主，从而导致各层土壤含水量随冻融过程呈逐渐增加的趋势，在土壤完全融化时基本达到饱和状态㊂图５中显示康穷下坡多年冻土１６０ｃｍ土层深度和２００ｃｍ土层深度处的土壤含水量在７月中上旬都突然上升，而这一时期，１６０ｃｍ深度土壤已经完全融化，但是２００ｃｍ深度土壤还未完全融化；而与此同时在这一时期，康穷下坡的冻结层上水位则由稳定冻结阶段Ａ转向快速融化一次稳定阶段Ｂ，水量突然增加，但是底部土壤还处于冻结状态，因而上部的降雨入渗还不足以引起冻结层上水位的变化，由于康穷坡地距离河流较近，河水的热侵蚀作用使得其周围的多年冻土不断退化，多年冻土上限不断加深，融区范围不断扩大，受河流贯穿性融区的影响，增加了融区地下水和冻结层上水的水力联系，７月中上旬这一时期，表层土壤已经完全融化，融区地下水可能处于饱水状态，并与下坡冻结层上水发生水力联系，补给冻结层上水，从而导致下坡２００ｃｍ深度处的土壤含水量快速增加并逐渐达到饱和状态，作为下坡冻结层上水的主要补给来源，引起下坡冻结层上水位的快速上升㊂而在８月中下旬完全融化阶段，下坡底部土壤完全融化，各层土壤处于饱水状态，受降雨增多的影响，土壤入渗能力增强，自上而下到达底部，受到冻土层的阻隔作用，加之融区地下水或多年冻土上限附近其他来水的影响，从而导致冻结层上水位的二次上升，快速融化一次稳定阶段Ｂ转向快速融化二次稳定阶段Ｃ㊂图４㊀多年冻土和季节冻土土壤温度季节变化Ｆｉｇ．４㊀Ｓｅａｓｏｎａｌｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｇｒｏｕｎｄ２．２．２㊀季节冻土从图５中可以看出，在快速融化阶段，对于康穷上坡季节冻土而言，随着在这一时期降雨量的增多，尽管表层土壤（０ ５０ｃｍ）在５月上旬已经处于完全融化状态，土壤体积含水量呈逐渐增加的趋势，土壤的储水能力也在逐渐增强，但受降雨驱动㊁土壤质地㊁蒸散发㊁植被覆盖等因素的影响，土壤尚未能快速达到饱和持水状态，这部分降雨除蒸发外，一方面受地形坡度的影响以坡面侧向流为主，主要以地面径流的形式向下流动，另一方面受垂直重力的影响向下入渗，由于表层土壤先于底层土壤融化，下部土壤（８０ ２００ｃｍ）仍处于完全冻结状态，因而表层土壤含水量呈逐渐增加的趋势，下部土壤含水量的变化幅度不大㊂在这一时期，尽管上部土壤已经完全融化，但是下部土壤仍然处于冻结状态，从而导致土壤入渗还不能到达底部，因而在这一时期冻结层上地下水位观测显示其变化幅度不大，基本保持不变㊂至７月７日各层土壤处于完全融化状态，下部土壤１６６㊀２期㊀㊀㊀曹伟㊀等：黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性㊀２６６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀图５㊀多年冻土和季节冻土土壤水分季节变化Ｆｉｇ．５㊀ＳｅａｓｏｎａｌｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｇｒｏｕｎｄＡ：稳定冻结阶段；Ｂ：融化一次稳定阶段；Ｃ：融化二次稳定阶段；Ａᶄ：冻结稳定阶段；Ｂᶄ：融化稳定阶段由于受到土壤质地等因素的影响，其土壤持水能力较弱，土壤含水量虽然呈逐渐上升趋势，但总体变化幅度不大，而在这一时期冻结层上地下水位观测显示其变化幅度不大，基本保持不变㊂这说明降雨在季节冻土区的再分配过程，受到冻融过程的影响，主要以地表径流为主，深层下渗为辅，受局地因素影响，表层土壤含水量呈逐渐增加的趋势，但是未能达到饱和状态㊂图５中显示康穷上坡季节冻土７月７日各层土壤已经完全融化，在这一时期，康穷上坡的冻结层上水位则由冻结稳定阶段Ａᶄ转向融化稳定阶段Ｂᶄ，水量有一个增加的趋势，由于下部土壤（８０ ２００ｃｍ）土壤持水能力较弱，从其变化趋势来看，其土壤含水量尚未达到饱和状态，因而上部的降雨驱动下的土壤入渗，还不足以引起冻结层上水位的变化，这与下坡冻结层上水位第一次变化的时间相近，这表明康穷坡地河流贯穿融区地下水与冻结层上水发生了一定程度的水力联系，在７月中上旬这一时期融区地下水处于饱水状态，从而导致康穷上坡的冻结层上水位一定程度的上升，由于距离河流越近，融区地下水对冻结层上水的补给作用越大，因而其主要补给影响下坡冻结层上水，引起下坡冻结层上水位的快速上升㊂２．３㊀多年冻土和季节冻土土壤水分入渗过程模拟为进一步对比分析多年冻土和季节冻土区土壤水分入渗过程的差异性，在不考虑其他因素影响下，采用ＨＹＤＲＵＳ⁃１Ｄ软件冻融模块模拟分析了融化期内（２０１７年５月至２０１７年１０月）多年冻土和季节冻土土壤水分入渗过程㊂如图６显示了多年冻土和季节冻土土壤储水量及底部渗漏通量随时间的变化过程㊂（１）对于多年冻土而言，在快速融化阶段，土壤自上而下开始融化，冻结土壤的储水能力开始逐渐增强，在降雨入渗的作用下，在土壤垂直方向上形成较大的重力梯度，各层土壤体积含水量开始逐渐上升并趋于稳定，达到饱水状态，因而从图６中可以看出，自５月中上旬开始至８月中下旬，土壤储水量随着时间的推移一直处于上升状态并逐渐达到最大值，而这一时期由于底部冻结土壤还没有完全融化，因而降雨入渗还不能够达到底部，底部通量相对较小，降雨除蒸发外，主要以地表径流的形式向外排泄㊂在稳定融化阶段，冻结土壤已经完全融化，土壤储水能力已经达到饱和状态，自８月中下旬开始，在降雨驱动下，降雨自上而下入渗，由于各层土壤含水量达到最大饱水状态，因而土壤储水量基本处于稳定状态，而降雨在土壤中垂直入渗后将以壤图６㊀多年冻土和季节冻土土壤储水量及底部渗漏通量的变化Ｆｉｇ．６㊀Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅａｎｄｂｏｔｔｏｍｌｅａｋａｇｅｆｌｕｘｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄｓｅａｓｏｎａｌｌｙｆｒｏｚｅｎｇｒｏｕｎｄ中流的形式产生底部渗透通量，由于冻土层的阻隔作用，因而这部分水量主要补给冻结层上水，引起冻结层上水位的快速上升并逐步达到稳定状态㊂（２）对于季节冻土而言，随着气温的逐渐升高，冻结土壤开始自上而下逐渐融化，并在７月中上旬完全融化，土壤的储水能力也在逐渐增强，但是由于受到降雨强度㊁土壤质地㊁蒸散发㊁植被覆盖等因素的影响，各层土壤的渗透能力较弱，在这一时期内土壤不易达到饱水状态，因而各层土壤体积含水量呈逐渐增大的趋势，因而从图６中可以看出，康穷上坡季节冻土的土壤储水量随着时间的推移一直在上升尚不能达到稳定状态，而这一时期尽管冻结土壤已经完全融化，降雨增多，但降雨入渗还不足以使得各层土壤达到最大饱和含水量，因而底部通量相对较小，这部分降雨入渗除蒸发外，主要以地表径流的形式向下排泄㊂３㊀结论（１）在快速融化阶段，土壤自上而下开始融化，受下层土壤冻结影响，降雨以地表径流为主，表层土壤水分含量增加，土壤下渗有限，冻结层上水位上升幅度较小；在稳定融化阶段，土壤完全融化，降雨除地表径流外，土壤水分含量增加，土壤水分下渗增强，在多年冻土区由于冻土层的阻隔作用，壤中流在冻土上限附近聚积，冻结层上水水位上升幅度较大；在季节冻土区由于缺少冻土层的阻隔，土壤水分则以深层渗漏或侧向流动为主㊂（２）受到降雨强度㊁土壤质地㊁蒸散发㊁植被覆盖等因素的影响，康穷下坡多年冻土各层土壤水分含量随冻结土壤融化自上而下逐渐增加并达到饱和状态，在融化期内尽管冻结土壤已经完全融化，但上坡季节冻土表层土壤不易达到饱水状态，其土壤储水量随着时间的推移一直在上升尚不能达到稳定状态，这部分降雨入渗除蒸发外，主要以地表径流的形式向下排泄㊂（３）康穷坡地发育河流贯穿融区地下水，在７月中上旬，土壤完全融化，融区地下水处于饱水状态，导致上坡冻结层上水位小幅度上升，下坡冻结层上水位的变化除受到降雨入渗的影响外，还受到融区地下水的影３６６㊀２期㊀㊀㊀曹伟㊀等：黄河源区不同类型冻土土壤水分入渗特性㊀４６６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀响，其主要补给冻结层上水，引起下坡冻结层上水位的快速上升㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＢｅｎｓｅＶＦ，ＦｅｒｇｕｓｏｎＧ，ＫｏｏｉＨ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｈａｌｌｏｗｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｌｏｗｓｙｓｔｅｍｓｉｎａｒｅａｓｏｆｄｅｇｒａｄｉｎｇｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｔｔｅｒｓ，２００９，３６（２２）：２９７⁃３０４．［２］㊀ＢｉｂｉＳ，ＷａｎｇＬ，ＬｉＸＰ，ＺｈｏｕＪ，ＣｈｅｎＤＬ，ＹａｏＴＤ．Ｃｌｉｍａｔｉｃａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｅｄｃｒｙｏｓｐｈｅｒｉｃ，ｂｉｏｓｐｈｅｒｉｃ，ａｎｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｏｎｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ：ａｒｅｖｉｅｗ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｏｌｏｇｙ，２０１８，３８（１）：ｅ１⁃ｅ１７．［３］㊀ＯｌｉｖａＭ，ＰｅｒｅｉｒａＰ，ＡｎｔｏｎｉａｄｅｓＤ．Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎａｃｈａｎｇｉｎｇｃｌｉｍａｔｅ．ＳｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１６：４３５⁃４３７．［４］㊀ＷａｎｇＳＬ，ＪｉｎＨＪ，ＬｉＳＸ，Ｚｈａｏ，Ｌ．ＰｅｒｍａｆｒｏｓｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ⁃ＴｉｂｅｔＰｌａｔｅａｕａｎｄｉｔｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｍｐａｃｔｓ．ＰｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄＰｅｒｉｇｌａｃｉａｌＰｒｏｃｅｓｓ．２０００，１１（１）：４３⁃５３．［５］㊀张寅生，马颖钊，张艳林，高海峰，翟建青．青藏高原坡面尺度冻融循环与水热条件空间分布．科学通报，２０１５，６０（７）：６６４⁃６７３．［６］㊀ＣｈｅｎｇＧＤ，ＪｉｎＨＪ．ＰｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｏｎｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ⁃ＴｉｂｅｔＰｌａｔｅａｕａｎｄｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ．ＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，２１（１）：５⁃２３．［７］㊀ＪｏｒｇｅｎｓｏｎＭＴ，ＲｏｍａｎｏｖｓｋｙＶ，ＨａｒｄｅｎＪ，ＳｈｕｒＹ，ＯᶄＤｏｎｎｅｌｌＪ，ＳｃｈｕｕｒＥＡＧ，ＫａｎｅｖｓｋｉｙＭ，ＭａｒｃｈｅｎｋｏＳ．Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅａｎｄｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ．ＣａｎａｄｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１０，４０（７）：１２１９⁃１２３６．［８］㊀常娟，王根绪，李春杰，毛天旭．青藏高原连续多年冻土区的冻结层上水季节动态及其对活动层土壤冻融过程的响应特征．中国科学：地球科学，２０１５，４５（４）：４８１⁃４９３．［９］㊀张廷军．全球多年冻土与气候变化研究进展．第四纪研究，２０１２，３２（１）：２７⁃３８．［１０］㊀ＦｒａｍｐｔｏｎＡ，ＰａｉｎｔｅｒＳＬ，ＤｅｓｔｏｕｎｉＧ．Ｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ⁃ｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｗａｒｍｉｎｇｔｒｅｎｄｓ．ＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，２１（１）：２７１⁃２８０．［１１］㊀ＳｔＪａｃｑｕｅｓＪＭ，ＳａｕｃｈｙｎＤＪ．ＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｗｉｎｔｅｒｂａｓｅｆｌｏｗａｎｄｍｅａｎａｎｎｕａｌｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｆｒｏｍｐｏｓｓｉｂｌｅｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｔｈａｗｉｎｇｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈｗｅｓｔＴｅｒｒｉｔｏｒｉｅｓ，Ｃａｎａｄａ．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｔｔｅｒｓ，２００９，３６：Ｌ０１４０１．［１２］㊀ＷｏｏＭＫ，ＫａｎｅＤＬ，ＣａｒｅｙＳＫ，ＹａｎｇＤＱ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｈｙｄｒｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｎｅｗｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ．ＰｅｒｍａｆｒｏｓｔａｎｄＰｅｒｉｇｌａｃｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，２００８，１９（２）：２３７⁃２５４．［１３］㊀ＹａｎｇＤＱ，ＹｅＢＳ，ＫａｎｅＤＬ．ＳｔｒｅａｍｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｓｏｖｅｒＳｉｂｅｒｉａｎＹｅｎｉｓｅｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００４，２９６（１⁃４）：５９⁃８０．［１４］㊀郭占荣，荆恩春，聂振龙，焦鹏程，董华．冻结期和冻融期土壤水分运移特征分析．水科学进展，２００２，１３（３）：２９８⁃３０２．［１５］㊀焦永亮，李韧，赵林，吴通华，肖瑶，胡国杰，乔永平．多年冻土区活动层冻融状况及土壤水分运移特征．冰川冻土，２０１４，３６（２）：２３７⁃２４７．［１６］㊀张科利，彭文英，王龙，付安平，徐香兰．东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律．地理研究，２００７，２６（２）：３１４⁃３２０．［１７］㊀赵显波，刘铁军，许士国，刘振平．季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程及水分变化．冰川冻土，２０１５，３７（１）：２３３⁃２４０．［１８］㊀常娟，王根绪，高永恒，王一博．青藏高原多年冻土区积雪对沼泽㊁草甸浅层土壤水热过程的影响．生态学报，２０１２，３２（２３）：７２８９⁃７３０１．［１９］㊀高泽永，王一博，刘国华，刘明浩，罗京，印泾经．多年冻土区活动层土壤水分对不同高寒生态系统的响应．冰川冻土，２０１４，３６（４）：１００２⁃１０１０．［２０］㊀胡宏昌，王根绪，王一博，刘光生，李太兵，任东兴．江河源区典型多年冻土和季节冻土区水热过程对植被盖度的响应．科学通报，２００９，５４（２）：２４２⁃２５０．［２１］㊀李元寿，王根绪，赵林，吴青柏，王一博，张人禾．青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应．冰川冻土，２０１０，３２（１）：１５７⁃１６５．［２２］㊀金会军，赵林，王绍令，晋锐．青藏公路沿线冻土的地温特征及退化方式．中国科学：地球科学，２００６，３６（１１）：１００９⁃１０１９．［２３］㊀牛丽，叶佰生，李静，盛煜．中国西北地区典型流域冻土退化对水文过程的影响．中国科学：地球科学，２０１１，４１（１）：８５⁃９２．［２４］㊀吴吉春，盛煜，吴青柏，温智．青藏高原多年冻土退化过程及方式．中国科学：地球科学，２００９，３９（１１）：１５７０⁃１５７８．［２５］㊀ＷｕＱＢ，ＺｈａｎｇＴＪ．ＲｅｃｅｎｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｗａｒｍｉｎｇｏｎｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ⁃Ｔｉｂｅｔａｎｐｌａｔｅａｕ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ，２００８，１１３（Ｄ１３）：Ｄ１３１０８．［２６］㊀梁四海，徐德伟，万力，陈江，张建锋．黄河源区基流量的变化规律及影响因素．地学前缘，２００８，１５（４）：２８０⁃２８９．［２７］㊀ＳｈｅｎｇＹ，ＭａＳ，ＣａｏＷ，ＷｕＪＣ．ＳｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｃｈａｎｇｅｓｏｆｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｉｎｔｈｅＨｅａｄｗａｔｅｒＡｒｅａｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｕｎｄｅｒａｃｈａｎｇｉｎｇｃｌｉｍａｔｅ．ＬａｎｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２０２０，３１（１）：１３３⁃１５２．［２８］㊀万力，曹文炳，周训，胡伏生，李志明，许伟林．黄河源区水环境变化及黄河出现冬季断流的原因．地质通报，２００３，２２（７）：５２１⁃５２６．［２９］㊀ＷａｎｇＧＸ，ＱｉａｎＪ，ＣｈｅｎｇＧＤ，ＬａｉＹＭ．Ｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｃａｕｓａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｅｓｏｕｒｃｅｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＧｅｏｌｏｇｙ．２００１，４０（７）：８８４⁃８９０．［３０］㊀ＨａｎｓｓｏｎＫ，ＳｉｍｕｎｅｋＪ，ＭｉｚｏｇｕｃｈｉＭ，ＬｕｎｄｉｎＬＣ，ＶａｎＧｅｎｕｃｈｔｅｎＭＴ．Ｗａｔｅｒｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＶａｄｏｓｅＺｏｎｅＪｏｕｒｎａｌ，２００４，３（２）：６９３⁃７０４．［３１］㊀吴谋松，黄介生，谭霄，伍靖伟．不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟．水科学进展，２０１４，２５（１）：６０⁃６８．。
含水量对黄土强度的影响试验研究的开题报告
含水量对黄土强度的影响试验研究的开题报告
一、选题背景
黄土作为我国土壤资源的重要组成部分，在建筑、交通和农业等领域有着广泛应用。
然而黄土的工程性质受到多种因素的影响，其中最重要的因素之一就是指黄土的
含水量。
含水量是黄土强度的关键指标之一，其大小对黄土的力学特性、可塑性、膨
胀性等方面有着重要影响。
因此，对含水量对黄土强度的影响进行研究，对于加深对
黄土工程性质的认识具有重要意义。
二、研究内容
本研究拟采用室内试验的方式，通过改变黄土的含水量，研究含水量对黄土抗剪强度、抗压强度、弹性模量等力学性质的影响。
通过试验数据的统计和分析，探讨黄
土不同含水量下的强度特性变化规律，并研究含水量与黄土工程性质之间的相关性。
三、研究方法
本研究采用材料力学实验室中常用的黏土室内单轴压缩试验和剪切试验方法，改变黄土的含水量来研究其强度特性变化规律。
首先进行黄土的采集、筛分等预处理工作，然后根据试验要求配制完不同含水量下的黄土试样，进行单轴压缩试验和剪切试验，并采集数据。
最后对试验数据进行统计分析，得出含水量对黄土强度的影响规律，并进行相关性分析。
四、预期成果
本研究预期将得出含水量对黄土抗剪强度、抗压强度、弹性模量等力学性质的影响规律，建立含水量与黄土力学性质之间的数学模型，并探讨其应用价值。
该研究具
有理论和应用价值，对于黄土工程的设计和施工具有重要参考价值。
黄河下游堤坝工程侵蚀因素及生物防护措施
黄河下游堤坝工程侵蚀因素及生物防护措施黄河下游堤坝工程，在雨水、风吹等自然力和人类活动诸多因素作用下，土壤常被侵蚀，造成土方流失，影响了工程的完整，更降低了工程的强度，对防洪极为不利。
因此，对黄河堤坝侵蚀因素进行探讨和研究，采取有效的防护措施，维护工程完整，保证堤坝的安全，是一项重要的工程管理工作。
1黄河堤坝土壤的侵蚀因素(1)黄河下游堤坝，不同于自然状态下的倾斜坡面：大堤的设计边坡为1：2.5或1：3。
土的侵蚀大都发生在堤顶和坡上，工程表层土质不好和裸露面积大，是土壤遭受侵蚀的重要因素，雨滴冲击和地表径流以及风吹、冻融等是工程表土不稳固的诱发因素。
引起工程坡面侵蚀和土壤流失，这常是多种因素互相作用的结果。
(2)坡度：黄河堤坝的边坡稳定，在于土体内部所受的剪强力是否超过了它的抗剪强度，如大于抗剪强度，则引起土体滑落。
在土体内部因素不变的条件下，如果坡面越陡，雨水的径流速度越大，坡面越长，聚积的径流就越大，土壤越易侵蚀。
(3)土壤：黄河下游大堤多为沙壤土，表面用粘结力较大的粘土包边盖顶，垂直厚度一般在0.20-0.30m。
包边盖顶质量较好的堤段，防护工程的草皮生长旺盛、表土裸露少、就不易遭受侵蚀：反之，就容易遭受侵蚀；另外，随着时间的推移，包边盖顶的粘土在日晒、风化及植物生长腐殖质增多的情况下，土的性质也会发生变化，团粒间的粘聚力就衰减，耐蚀性能就降低。
(4)气候：山东黄河地处北温带，属季风气候。
黄河走向为西南一东北，河口段的上游段寒冷，土壤在冬季冻胀，春季融化，周期冻融条件下，极易引起重力侵蚀和土壤流失。
大堤坡向不同，土壤侵蚀量也有差异，朝阳面冬季土壤结冰层薄、化冻早、草皮返青快，生长季节光照充足，长势旺盛，覆盖坡面密集，土壤侵蚀量少。
相反，背阳坡面冬季土壤结冰厚、春季化冻晚、草皮返青慢，生长季节光照不够充足，长势不如朝阳面，覆盖率低，春季风蚀、夏季降雨侵蚀均较严重。
(5)降雨与植被：当降雨时，雨滴直接打击表层土壤，把表层土搅乱，径流则把土壤带走，成为表层土壤流失的主要方式。
淤泥质土固化与强度特性试验研究
淤泥质土固化与强度特性试验研究作者：杨小玲胡湛波涂晓杰来源：《人民黄河》2020年第04期摘要：为了实现淤泥质土的大规模有效固化，解决水泥土早期强度低、淤泥质土易造成环境污染等问题，将水泥作为主固化剂，粉煤灰、聚羧酸高效减水剂（减水剂）、铝酸钙和钙基膨润土（膨润土）作为外掺剂固化淤泥质土。
通过无侧限抗压强度、pH值、含水率以及电导率试验，探究固化土的特性变化规律，确定复合固化剂的最佳配比。
结果表明，水泥、粉煤灰、减水剂、铝酸钙和膨润土掺量为22%（质量分数，下同）、5%、0.20%、2%、6%时，固化土固化效果达到最优。
微观结构表明，复合固化剂的掺入有利于强度高、难溶、具有膨胀性的矿物晶体以及胶凝物质的生成，使得固化土的結构更加紧密、强度提高。
关键词：淤泥质土;水泥;无侧限抗压强度;复合固化剂;微观结构中图分类号：X705 文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.007Abstract：In order to achieve large-scale and effective solidification of silt soil and solve the problems of early low strength of cement soil and easy environmental pollution caused by silty soil，cement was used as the main curing agent， fly ash， polycarboxylic acid efficient water reducing agent （water reducing agent）， calcium aluminate and calcium based bentonite （bentonite） as the external mixing agent to solidify the silt soil. Through unconfined compression strength， pH，moisture content and conductivity test， the characteristic change law of solidified soil was investigated， and the optimal ratio of compound curing agent was determined. The results show that when the content of cement， fly ash， water reducing agent， calcium aluminate and bentonite is 22%， 5%， 0.20%， 2% and 6%， the solidifying effect of solidified soil is optimal. The microstructure indicates that the addition of compound curing agent facilitates the generation of mineral crystals with high strength， insoluble， dilatancy and gelation， which makes the structure of solidified soil closer and increases the strength of solidified soil.Key words： silty soil; cement; unconfined compression strength; composite curing agent; microstructure淤泥及淤泥质土通常是指在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有有机质的细粒土。
非饱和土的渗透特性试验研究
第23卷 第22期岩石力学与工程学报 23(22)：3861～38652004年11月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov .，20042004年3月10日收到初稿，2004年6月2日收到修改稿。
* 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室开放基金(110205)资助项目。
作者 李永乐 简介：男，1957年生，博士，1982年毕业于中国地质大学(武汉)水文地质专业，现任教授，主要从事岩土工程、水文学及水资源、环境科学方面的研究工作。
E-mail ：lyl@ 。
非饱和土的渗透特性试验研究＊李永乐1，2 刘翠然1，2 刘海宁1，2 刘慧卿1，2(1中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室 武汉 430071) (2华北水利水电学院 郑州 450008)摘要 由于非饱和土的复杂性和多变性，其渗透特性明显不同于饱和土，并且试验难度较大。
利用特制的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土的渗透特性进行了试验研究，为非饱和土渗透系数的直接测定奠定了基础。
根据试验结果，得出了黄河大堤非饱和土土体在不同含水量下的围压-渗透系数关系及其变化规律，以及不同围压条件下质量含水量-渗透系数关系及其变化规律，同时，对其关系曲线模型进行了拟合，得出了相应的拟合函数。
关键词 土力学，非饱和土，渗透特性，试验研究，拟合分类号 TU 411.4 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)22-3861-05TESTING STUDY ON PERMEABILITY CHARACTERISTICSOF UNSATURATED SOILLi Yongle 1，2，Liu Cuiran 1，2，Liu Haining 1，2，Liu Huiqing 1，2(1Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，The Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071 China )(2North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power ， Zhengzhou 450008 China )Abstract For complexity and diversity of unsaturated soil behaviors ，there lies a great difference in permeability characteristics between unsaturated soil and saturated soil. It is difficult to perform test of unsaturated soil because of many factors. With the special triaxial instrument of unsaturated soil ，the permeability characteristics of unsaturated soil of the dyke of Yellow River are tested and studied ，which sets up a basis for direct measuring the coefficient of hydraulic conductivity of unsaturated soil. According to the test results ，the relation and changing law between confining pressure and permeability coefficient in different water content ，and the relation and changing law of water content and permeability coefficient under different confining pressure are obtained. The relation curves are fitted to deduce correspondent fitting functions.Key words soil mechanics ，unsaturated soil ，permeability characteristics ，testing study ，fitting 1 概 述在工程实践中经常遇到多种特殊的土体，这些土体多处于非饱和状态，也就是其固体颗粒之间的孔隙不完全被液体充填。
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第27卷 增1 岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.1 2008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June，2008
收稿日期：2006–11–08；修回日期：2007–01–31 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40602034)；河南省创新人才基金资助项目(HNCX2001–08) 作者简介：赵宇坤(1978–)，女，2001年毕业于华北水利水电学院水利工程系水利水电建筑工程专业，现为博士研究生，主要从事岩土工程方面的研究工作。Email：zhyk_xiaoyu@126.com
不同浸水时间黄河堤防土体强度特性试验研究 赵宇坤1，刘汉东2，乔 兰1 (1. 北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083；2. 华北水利水电学院，河南 郑州 450011)
摘要：土体抗剪强度参数在堤防边坡稳定性分析中是十分重要的，现行堤防设计规范没有涉及堤防土体浸水后强度特性变化情况。考虑黄河下游堤防洪水历史和堤防临水状况，进行堤身土体的固结压缩、直接快剪和不固结不排水三轴试验，特别是土样浸水后的强度特性试验，研究堤防土体浸水后强度指标的变化及其机制。试验结果表明：黄河下游堤防堤身土体浸水5 d后黏土压缩系数增大1.46倍，黏聚力最大降低72.6%；粉土压缩系数增大0.64倍，黏聚力最大降低62.8%，而2种土的内摩擦角变化较小。试验结果为黄河下游堤防标准化设计和堤坡稳定性分析提供了科学依据，并对黄河堤防的管理提出了建议。 关键词：土力学；堤防；浸水；抗剪强度；试验 中图分类号：TU 43 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增1–3047–05
TEST STUDY OF SOIL STRENGTH WITH DIFFERENT SOAKED PERIODS OF EMBANKMENT OF YELLOW RIVER
ZHAO Yukun1，LIU Handong2，QIAO Lan1 (1. School of Civil and Environment Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China； 2. North China Institute of Water Conservancy and Electric Power，Zhengzhou，Henan 450011，China)
Abstract：The soil shear strength is important to analyze the stability of embankment and slope. A series of soil mechanics tests(compression test，quick shear test and unconsolidated-undrained(UU) test are carried out using levee soils of downstream embankment of Yellow River，especially the strength test of the soils with different soaked periods. The change and reducing degrees of strength parameters of clay and soaked silt，and the reasons of strength change and the effect on the stability of embankment are discussed. Because of soaked soil，the compression coefficient of soil obviously increases and the modulus of compression obviously decreases. The compression coefficient of clay samples soaked for 5 days increases 1.46 times at the most than that without being soaked，and 0.64 times for silt samples. At the same time，for the soaked soil，the deformation of clay is geaterer than that of the silt. The conclusion of quick shear test is that the cohesive of clay reduces by 72.6%，silt by 62.8% and internal friction angle changes a little soaked for 5 days because the action of water to soil only destroy the sequence and cement of soil grains，but the soil grain component is not varied. The results of UU test is complex. For the clay samples，c and ϕ decrease quickly with soaked sample，but the time effect of soaked clay is small.
However，for the silt，the longer the time that the sample is soaked，the lower the strength of the silt is. It will be the reference to the design and stability analysis of embankment，and the results will be afforded for the management of the Yellow River embankment operation. Key words：soil mechanics；embankment；soak；shear strength；test • 3048 • 岩石力学与工程学报 2008年 1 引 言 黄河下游自孟津出峡谷入平原，由桃花峪到清水沟入海口全长786 km，临黄大堤长1 324 km，堤线总貌前宽后窄，造成行洪困难。为达到“上拦下排，两岸分滞”的治黄方针，开辟了北金堤和东平湖两大滞洪区。但因黄河泥沙含量居世界之冠，多年平均每年进入下游泥沙达1.6×109 t，其中(3～4)×108 t泥沙淤积在河道内，每年河床升高约0.1 m，形成了日益增高的“地上悬河”。1950～1990年河床淤高2～3 m，滩地一般高出背河地面3～5 m，多的高达10～11 m。而且黄河主流游荡摇摆不定，经常发生“淤槽刷滩”、“横河”、“斜河”等现象，造成河水大溜顶冲堤岸和顺堤行洪冲刷堤脚，威胁大堤的安全。 黄河下游堤防很多段是明清以来断续修建，经过多次加高培厚而成的[1]。新中国成立以来，虽然出现了大洪水，但险情反而有所减少，说明黄河大堤经过反复加固，提高了抗洪强度。但这也不能说明黄河下游堤防固若金汤，相反还存在很多隐患，这给黄河大堤安全造成很大的威胁。黄河下游多年水位较低，河漫滩裸漏，两岸居民多在滩地上栽种农作物、树木，甚至盖房居住。由于黄河下游堤防的特殊性，“常年不临水，临水即高位”，黄河下游的堤防现状很不利于大洪水的泄洪，所以要考虑洪水长期滞留的问题。而在常规的堤防稳定分析中，往往忽视了洪水长期浸泡对堤防稳定的影响。 在土质边坡的稳定性分析中，合理确定土的抗剪强度参数非常重要。从各种天然、人工边坡的失稳实例来看，在边坡荷载没有明显变化的情况下，由于降雨、地下水位上升、洪水浸泡、水位骤降等因素影响导致滑坡发生。周 建等[2～8]对水浸泡后土的强度指标的变化和由此引发的边坡稳定问题进行了研究，认为土质边坡受到高水位的洪水浸泡会导致黏聚力的降低。 黄河下游堤防堤身土体不同于长江等其他江河堤防土体[9，10]，多以黏土、粉质黏土、粉土为主，洪水浸泡条件下的堤身土体强度参数的变化不同于其他江河堤防的堤身土体。本文对黄河下游某段堤防土体进行了不同浸水时间条件下的强度特性试验研究，其结果可为黄河下游堤防标准化和堤防的治理提供科学依据。 2 试验工况 2.1 土样制备 由于该项研究需要进行多组不同浸水时间和不同试验条件下的试验，考虑黄河堤防的特殊性，在一定距离内土性参数会有变化，所以取堤身散土，制备重塑土样。取土堤段为黄河下游堤防济南段，西外环浮桥附近，右岸堤防堤脚。根据山东黄河勘测设计研究院地质勘探队的岩土工程勘察报告和试验资料，黄河下游堤防堤身土多为黏土和粉土，根据该取土堤段多组同种类土的平均土参数指标确定本试验的重塑土样。黏土含水率为15.0%，干密度为1.53 g/cm3。粉土含水率为9.1%，干密度为1.48 g/cm3，主要物理性质指标见表 1。
表 1 土样的主要物理性质指标 Table 1 Main physical property indexes of soil samples
颗粒组成/% 粉粒 黏粒 土样编号土样名称0.075～0.05 mm0.05～ 0.005 mm＜0.005 mm 干密度 /(g·cm－3) 含水率/%相对密度Gs
1粉土12.680.9 6.5 1.53 15.02.722黏土7.876.1 16.1 1.48 9.12.69
2.2 试验方法 为了研究洪水浸泡对土体强度特性的影响，分别制备了浸水和不浸水土样。进行了压缩、快剪和不固结不排水(UU)三轴试验。试验依据规程[11]执行。
3 试验过程及结果分析 3.1 压缩试验 土样在浸水不同时间后，在P = 100，200，300，400 kPa的固结压力下等向固结，获得压缩系数、压缩模量和压缩曲线。 表 2 分别给出了不同浸水时间黏土和粉土压缩试验结果。从表 2 中可以看出，浸水使土的压缩系数明显增加，压缩模量明显降低。黏土、粉土在浸水5 d后，压缩系数比不浸水时分别增加了1.46和0.64倍。浸水时间相同时，黏土比粉土更容易被压缩，变形更大。图 1 为黏土、粉土在不同浸水时间的土样压缩曲线。