黄土中渗流水运动及其对土体的潜蚀特征研究

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现代黄土所具有的结构非均质性是地质历史时期渗流水不断入渗作用的结果。研究渗流水在黄土中的运动特征及其对土体结构的潜蚀破坏,对于地下水资源利用、地下水潜蚀作用机理研究和地下水污染防治十分有必要。为此,本研究以均质黄土试样为例,以渗流槽为主要研究工具,以室内试验为主要研究方式,通过研究渗流水的运动特性与土体结构性参数mp间的关系,探讨黄土的渗流运动特征以及相应的黄土微结构破坏和再造过程。得出主要结论如下:(1)对于模拟原始状态的堆积黄土而言,渗流水的横向渗透速度与纵向渗透速度有明显的直线关系,而渗流纵向速度大于横向速度。由此可推知,在长期作用下,土层的纵向通道将成为下渗水的优先通道而越来越发达,而横向通道则发育较缓慢,这就解释了现今黄土纵向节理发育,而水平方向裂隙走向各异,难以形成主导渗流方向的现状。(2)单点供水、多点供水相比,单点供水的渗流湿润锋形态曲线较快转变为长椭球形。含盐渗流水在通过土体后,因受到增强了的颗粒之间的吸附、粘聚作用影响,纵、横向渗流速度均在一定程度上大于同条件下清水渗流的纵、横向渗流速度。(3)用分维数D来表征湿润锋形态曲线复杂性和不光滑性,发现随着时间推移,分维数在总体上表现出逐渐增大的趋势。做湿润锋分维数与纵横速度比的关系曲线,结果表明,二次多项式曲线能很好的拟合分维数随纵横向渗流速度比的变化。(4)用黄土结构参数mp值表征渗流水迁移扰动过后对土体结构的破坏,发现随着渗流水的逐渐向下运动,渗流水对土体的结构破坏、瓦解、重塑作用愈加强烈。(5)观察发现,地下水向上吸渗形成的湿润线波动较小,呈现出的基本是一条平直均匀的直线面。在渗流湿润锋与地下水面接触时,二者接触瞬间为点接触,之后这一过湿点收缩、塌陷,迅速向四周扩大。以此为理论依据,大胆提出渗流水与地下潜水面接触,因接触点附近的土体有可能急速塌缩,导致初始洞穴侵蚀产生,并绘制渗流水与潜水面接触产生洞穴侵蚀模式图。(6)依据论文的研究结果,建立基于土体结构参数mp与渗流时间、纵向渗流速度、土体埋深距离的黄土渗流破坏模型,并进一步推导得出土体结构参数与渗流时间的关系式,这一经验公式的建立,使得用渗流迁移运动参数来表示渗流水对黄土土体结构的破坏、瓦解、重塑成为可能,具有重要意义。
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