本文選題：電阻率成像法 + 基質(zhì)吸力�。� 參考：《成都理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在非飽和帶土體中,基質(zhì)吸力是控制水分運(yùn)動過程和影響土體穩(wěn)定性的關(guān)鍵控制因素。常規(guī)的基質(zhì)吸力現(xiàn)場測試方法主要為張力計、軸平移技術(shù)、電/熱傳導(dǎo)傳感器、接觸式濾紙技術(shù)等方法,這些方法能夠獲得較準(zhǔn)確的土體局部點(diǎn)的基質(zhì)吸力值,然而用于評價基質(zhì)吸力的空間分布則存在費(fèi)用昂貴、對土體擾動顯著等不足。近年來以電阻率成像法為代表性的地球物理方法,因其具有對土體無擾動,便于實(shí)現(xiàn)時空動態(tài)測量等優(yōu)勢,已經(jīng)廣泛用于環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等領(lǐng)域。含水率是控制土體基質(zhì)吸力和電阻率的主要因素,因此,可以通過含水率建立基質(zhì)吸力和電阻率之間的關(guān)系,通過電阻率成像法獲得的電阻率值來評價基質(zhì)吸力的時空分布,可以作為常規(guī)基質(zhì)吸力測試方法的重要補(bǔ)充。本文以國家自然基金項(xiàng)目“滑坡體基質(zhì)吸力時空分布的電阻率成像法研究(41402268)”為依托,主要研究目的是通過電阻率成像法來評價土體基質(zhì)吸力的時空分布。本文以成都粉質(zhì)壤土和甘肅黃土為研究對象,首先,通過室內(nèi)試驗(yàn),基于Van Genuchten模型建立了土體含水率與基質(zhì)吸力的關(guān)系模型,基于Archie模型建立了土體含水率與電阻率的關(guān)系模型,并探討了土體干密度、水分電導(dǎo)率等因素的影響,基于Van Genuchten模型和Archie模型推導(dǎo)建立了土體電阻率與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系模型。然后,通過室內(nèi)柱體試驗(yàn),對甘肅黃土在干密度1.25g/cm3條件,進(jìn)行間斷性的人工降雨,采用傳感器測量含水率和基質(zhì)吸力在垂向上的時間變化過程,采用電阻率成像法測量電阻率的時空變化過程。為了提高電阻率成像法評價區(qū)域范圍內(nèi)的基質(zhì)吸力的準(zhǔn)確性,會針對土柱不同剖面相同位置處的基質(zhì)吸力、電阻率和含水率進(jìn)行相關(guān)性分析。最后基于基質(zhì)吸力-電阻率的數(shù)學(xué)模型,探討基于電阻率成像法評價土體基質(zhì)吸力時空分布的效果。主要研究成果如下:(1)粉質(zhì)壤土和黃土的基質(zhì)吸力與體積含水率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,符合Van Genuchten模型,粉質(zhì)壤土和黃土的電阻率與體積含水率同樣呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,符合Archie公式,粉質(zhì)壤土和黃土的電阻率與基質(zhì)吸力呈正相關(guān)關(guān)系,將Van Genuchten模型和Archie公式結(jié)合起來,推導(dǎo)和建立了兩者之間的關(guān)系模型�？傮w上,黃土的電阻率與基質(zhì)吸力關(guān)系模型優(yōu)于粉質(zhì)壤土的關(guān)系模型。(2)在黃土柱體接受間斷性的人工降雨條件下,隨著水分的入滲,由淺部向深部土壤含水率逐次增加,含水率最大值約為0.4。最終,淺部和中部的土壤含水率約為0.2,底部的土壤含水率約為0.4。土壤的基質(zhì)吸力隨著水分的入滲,由淺部向深部逐漸降低,基質(zhì)吸力最小值約為10KPa。至試驗(yàn)結(jié)束,淺部的土壤基質(zhì)吸力大于深部的土壤基質(zhì)吸力。(3)試驗(yàn)過程中土壤柱體的體積含水率與基質(zhì)吸力的關(guān)系基本符合Van Genuchten模型�？傮w上來說底部土壤的體積含水率與基質(zhì)吸力關(guān)系曲線與Van Genuchten模型吻合更好。這是因?yàn)殚g斷性的人工降水導(dǎo)致淺部和中部土壤處于反復(fù)吸濕和脫濕過程中,使土水特征曲線的滯后效應(yīng)顯著,而底部土壤總是處于吸濕過程中,引起的土水特征曲線滯后效應(yīng)不明顯。(4)采用電阻率成像法對土壤柱體的水分入滲過程監(jiān)測結(jié)果顯示,隨著水分的不斷滲入,電阻率值由淺部向深部逐漸降低,并且水分的入滲過程在同一平面上具有明顯的非均質(zhì)特征。在濕潤前鋒經(jīng)過之后,土壤電阻率呈現(xiàn)升高的趨勢。(5)基于基質(zhì)吸力-電阻率模型,采用電阻率成像法求解評價了土壤柱體底部的基質(zhì)吸力時空分布值�；|(zhì)吸力值從中間區(qū)域下降逐漸擴(kuò)展到整個剖面,這和電阻率的變化過程是相似的,并且基質(zhì)吸力在同一剖面也具有非均質(zhì)特征。直至試驗(yàn)結(jié)束,基質(zhì)吸力達(dá)到較小值,約為10Kpa,這和基質(zhì)吸力傳感器測量的數(shù)值一樣。論文通過機(jī)理分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)理統(tǒng)計等方法對土壤電阻率與基質(zhì)吸力的關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示基質(zhì)吸力和電阻率存在顯著的正相關(guān)關(guān)系,建立的模型可以用于吸濕過程中基質(zhì)吸力的評價。該成果是對現(xiàn)有基質(zhì)吸力測量方法的有益補(bǔ)充。
[Abstract]:In this paper , the relationship between soil water content and matrix suction is studied by means of resistivity imaging method . The results are as follows : ( 1 ) Based on the model of resistivity imaging , the spatial and temporal distribution of soil matrix suction can be evaluated . ( 4 ) The relationship between soil water content and matric suction of soil column is more than 0 . 4 . After the wetting front passes , the soil water content of the soil column decreases gradually from the shallow part to the deep part .
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S151.9

【參考文獻(xiàn)】

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3 白福青;劉斯宏;袁驕;;濾紙法測定南陽中膨脹土土水特征曲線試驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報;2011年06期

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本文編號：1963132