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土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响。尤其是近些年来,受全球气候变化影响,极端干旱性气候频繁发生,与蒸发相关的岩土和地质工程问题越来越突出,逐渐成为国际研究的热点。建立土体水分蒸发模型是该课题研究的首要目标,对准确评估和预测气候作用下土体水分场信息有重要理论和现实意义。着重对国内外学者近几十年来围绕土体水分蒸发模型所取得的研究成果进行了归纳和总结,依据各种模型的理论基础进行了分类,总体上可分为表面能量平衡模型、水量平衡模型、质量传输模型、阻力模型、温度-风速模型及吸力模型等六大类别。在此基础上,分别阐述了各类模型的研究进展,并对其中一些代表性模型进行了详细介绍,对比分析了各个模型之间的联系与区别,并探讨了它们的优缺点和适应条件。总体而言,现有的模型存在重气象因素而轻土性因素的特点,对砂土和饱和土具有较好的适应性,而对黏性土和非饱和土的适应性较差。基于此,结合本学科的特色和研究背景,提出了今后该课题的研究重点,包括非饱和土的蒸发模型问题研究、黏性土水分蒸发模型研究、考虑土体裂隙参数的土体水分蒸发模型研究、构建通用型的土体水分蒸发模型等几个方面。 相似文献
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黏性土在失水过程中逐渐变形开裂,裂隙相互交错形成网络,这一过程涉及水热力等多场耦合的作用。本文基于南京大学自主研发的三维离散元软件MatDEM,采用紧密堆积离散元模型对土体开裂进行模拟。在此模型中,每个离散元单元代表一定体积的土颗粒、孔隙和孔隙水的集合体。单元具有含水量属性,并采用有限差分思想计算水分运移量,实现了水分场模拟。同时,考虑水分场对土体抗拉强度等力学性质的影响,建立水分场和应力场的耦合。在数值模拟中,假定土体表面水分以一定速率蒸发,根据试验数据由含水量计算单元直径和力学参数,从而实现黏土蒸发失水、收缩和开裂变形过程模拟。数值模拟与前人室内试验结果基本一致,能较好地再现开裂过程中的各个阶段。本文为研究多场作用下土体变形破坏模拟提供了一个新的思路。 相似文献
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为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数（空气温度、相对湿度和流量）和土壤参数（土壤温度、基质吸力和体积含水量）的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大; 实际蒸发速率呈现3个阶段。 相似文献
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在干燥环境中,由于蒸发失水,膨胀土发生收缩,表面容易产生纵横交错的裂隙网络(龟裂)。龟裂的产生会极大弱化土体的工程性质,并导致各种工程问题。随着极端干旱气候的频发,膨胀土龟裂问题将会越来越多,越来越显著。开展龟裂研究对揭示龟裂现象的本质规律和指导膨胀土地区的工程实践有重要意义。龟裂的形成和发展是一个动态的过程,与土中水分的蒸发速率、应力状态、收缩特性等直接相关:龟裂形成时水分蒸发处于常速率阶段; 吸力和抗拉强度是制约龟裂形成的两个关键力学参数,当土体中的吸力引起的张拉应力超过土体的抗拉强度时,龟裂便会产生; 龟裂是孔隙发生收缩的直观表现。总体上,力的作用和收缩空间是土体龟裂形成的两个必要条件。此外,膨胀土龟裂具有非常复杂的发生发展过程,受土质学、土力学、土结构、试验条件和方法等许多因素的影响。龟裂定量分析是龟裂研究的重要内容之一,能为龟裂机理研究及相关理论模型的建立提供必要参数。计算机图形处理技术具有效率高、操作性强、精度高等优点,为龟裂定量分析提供了强有力的工具。目前关于土体龟裂研究还存在许多不足之处,在今后的工作中,应该重视龟裂形成和发展过程的动态特征,围绕与土体龟裂相关的水-土作用关系、力学机制、收缩变形机制、大尺度现场试验和三维观测分析技术等方面开展更多的针对性研究,综合考虑龟裂形成过程中的土质学、土力学和土结构因素,结合宏观现象与微观分析,建立土体龟裂的理论体系。 相似文献
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在工程建设与自然环境中,土体因失水而产生收缩、开裂的过程受多重因素的影响,且各因素之间的相互作用关系十分复杂。其中,环境温度在土体开裂的起始与结束中,起至关重要的影响;同时,鲜见关于土体内部黏土、砂粒配比对于裂隙发育影响的研究。故本研究设置了不同环境温度、含砂率条件,展开一系列室内蒸发试验,通过记录试验过程中土体内部水分散失以及表面裂隙发育、发展情况,利用相关图形分析软件,对裂隙率、裂隙网络的几何形态进行定量分析,进而探究不同温度、含砂率对土体干缩、开裂的影响机理。研究结果表明：（1）砂粒的存在,导致土体内部的结构发生改变,部分输水通道被堵塞,从而延长了自由水的运移路径,水分蒸发速率随着含砂率的增加而降低。（2）砂粒的存在将导致土体表面提前产生开裂,此现象受含砂率的影响较小,与是否含砂有关。（3）土体内部含砂率越高,裂隙发育纵深越小,延伸长度越短,同时裂隙的宽度与含砂率呈反比。（4）相同含砂率条件下,环境温度越高,水分蒸发速率、土体表面形成的裂隙宽度越大,且在一定程度上促使表面裂隙提前产生。 相似文献
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地下水蒸发是旱区地下水均衡计算中重要的排泄项之一。由于包气带水分运移高度非线性且大气—地表界面动力学过程复杂,估算潜水蒸发量一直是地下水资源评价的难题之一。利用内蒙古乌审旗河南乡均衡试验场E601型蒸渗仪,建立了毛乌素沙地水面蒸发及4种典型岩性（风化砂岩K1、萨拉乌苏组砂Qpal+l、砂质壤土Qhl、风积沙Qheol）的饱和土蒸发原位试验,结合长期观测获取的大量数据,开展了地下水蒸发与水面蒸发、埋深的关系和地下水蒸发量计算方法研究。结果表明:（1）4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）饱和蒸发量与水面蒸发量比值分别为0.60,0.77,0.47,0.88,表明不同岩性的饱和裸土的蒸发强度不等于自由水面的蒸发强度;实际计算裸土蒸发强度时,不能以自由水面蒸发强度作为参考点,如果运用,必须校正。（2）利用蒸渗仪观测数据和土壤水运动方程稳态解析解,获得4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水稳定蒸发计算的关键经验系数c,分别为628932.63,165058.71,48948.21,1525104.031 m?2。（3）利用稳定蒸发公式确定鄂尔多斯盆地风沙滩区四种典型包气带岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水极限蒸发深度约为60 cm,结果得到了室内非稳态蒸发试验的佐证,为研究区水资源评价提供了重要的参数依据。 相似文献
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探索了一种由土壤基本物性指标、气象数据预测非饱和土表层蒸发过程的方法。通过土壤基本物理性质（颗粒分布、土粒相对密度、干密度）预测出土-水特征曲线（SWCC）,进而得到土壤气相对湿度与含水率的关系,采用Penman-Wilson模型预测出了非饱和土表面的蒸发曲线。通过该方法,只需实地采取土样,获取其基本物理性质,由任意时刻土壤的含水率及气象数据就能预测出该时刻土表的蒸发速率。采用自制的自动蒸发测量系统进行浅层土蒸发试验,得到了蒸发曲线,与预测结果进行比较发现预测蒸发过程与实测结果一样皆由临界含水率和风干含水率将其分为3个阶段：稳定阶段、减速阶段和残余阶段,且蒸发量吻合,证明了所提出方法的准确性和实用性,对工程界估计土表蒸发量,确定水流量边界有重要意义。 相似文献
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大气影响下平顶山膨胀土地表蒸发研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为探索膨胀土的蒸发特征,对平顶山市区膨胀土进行了不同初始含水量土体的室内和室外蒸发试验研究,测试了蒸发过程中土体含水量在不同深度的变化。对室内、外试验结果及其差异性进行了分析,发现室内和室外土样的蒸发强度差别较大,但是蒸发系数相差不大,蒸发系数与土体含水量、含水量梯度有较强的相关性。地表土体接近饱和时,蒸发系数在1上下波动。随着蒸发的持续,蒸发系数随地表含水量降低而下降,含水量梯度随地表含水量的降低而升高。当地表含水量达到残余含水量时,含水量梯度达到极大值,持续蒸发含水量梯度将继续减小。土体蒸发系数与蒸发历时进行拟合,呈较好的对数关系。 相似文献
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枫丹白露砂土的环境箱蒸发试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数(空气温度、相对湿度和流量)和土壤参数(土壤温度、基质吸力和体积含水量)的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大;实际蒸发速率呈现3个阶段。 相似文献
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选取桂林丫吉试验场岩溶石山坡面上典型覆盖土壤的两个单元体为对象,对其土壤剖面层含水量的分布变化、土壤蒸发速率大小及其相关影响因素进行分析研究,结果表明:(1)土壤剖面最大含水率层位于土壤底部与基岩的交界处,中间过渡层土壤含水量最少,表层土壤水分受外界因素影响而变化显著;(2)在夏季岩溶石山区地表蒸发强烈,直径10cm的土壤柱日蒸发量为5~12mL之间,夜蒸发量在0~3mL之间;(3)几天内决定地表土壤日蒸发量(y)大小的因素主要是太阳辐射(x2)和土壤温度(x4),其关系式可表示为:y=18.018+0.001x2-0.691x4。 相似文献
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黏性土场地的工程特性评价是工程师们所关注的重要研究课题之一。电阻率法在环境监测、地质勘查等方面具有全面性、原位无损、速度快等特点被广泛应用,对上海地区典型的5个黏性土场地进行电阻率测井以及相应工程特性测试,测试分析了电阻率随场地黏性土层的含水率和密度等状态参数的变化规律,并提出了基于电阻率的黏性土工程特性评价方法。研究表明,电阻率随含水率减小呈指数函数增加,随密度增加呈线性函数降低;与土颗粒比表面积相关的土的塑性指数与电阻率之间呈指数函数关系;剪切特性和压缩特性都与黏性土的孔隙特性相关,而电阻率是土的孔隙特性反映指标之一,电阻率与黏聚力和压缩系数呈指数函数关系,与摩擦角和压缩模量呈线性函数关系。根据上述分析得出电阻率可以作为黏性土场地的工程特性评价指标。 相似文献
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客土水分循环及水平衡是植被护坡研究的重要问题。以基质客土为对象进行蒸发试验,对距坡面不同深度处的含水率进行测定,观测自然日照下含水率随时间变化情况;采用微型蒸发器测试不同厚度、坡度、温度以及基质配比下的客土水分蒸发量值,以分析影响客土水分蒸发量的因子。结果表明:客土含水率随时间呈现阶段性的变化,其内部不同深度含水率值不同。含保水剂和泥炭的客土达到饱和时间较未添加的试样明显要短,表明其增大了客土的吸水性和吸水速率,但保水剂和泥炭的添加也降低了客土的重度。保水剂含量0%的试样11d累计蒸发量比添加0.2%保水剂客土高21.2mm,说明0.2%的保水剂和12%泥炭含量能明显减小客土蒸发速率,抑制客土水分散失。温度是影响客土蒸发量的直接因素,坡度和厚度通过影响含水量从而影响蒸发量,同时控制着蒸发过程的能量供给,坡度和厚度过大不利于客土自身稳定性,客土边坡坡度不宜大于1︰0.75,厚度控制在10~20cm,能极大增加植被有效持水量。 相似文献
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鄂尔多斯高原分布有大量湖泊,湖泊蒸发作为地表水的主要排泄方式,是准确评价水资源的关键均衡项之一。研究湖泊蒸发对于认识区域水循环、水资源评价和湖泊生态环境保护等方面有着重要的现实意义和科学价值。然而该地区对于湖泊蒸发的实测资料有限,大多通过折算法和公式法计算。本次研究在鄂尔多斯高原典型湖泊——木凯淖开展原位试验,通过安置在湖泊中心的蒸发器实测水面蒸发,分析蒸发与气象因素之间的相关性,并将原位湖水蒸发和湖边陆面蒸发皿蒸发以及Penman公式理论值进行对比。研究表明,湖水蒸发受湿度和气温两种因素影响较大;湖泊水面蒸发与湖边陆面小蒸发皿的折算系数约为0.85,较前人研究偏大;湖水蒸发受湖水盐度影响很小,可以忽略;与Penman公式计算结果相比,相关性分析结果较高,在缺乏实测资料时,可通过Penman公式估算湖水蒸发。 相似文献
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地裂缝地质灾害是植被生态地质环境破坏的一种重要的方式,查明地裂缝对植被生态环境影响的方式、程度、范围等对于宁东煤矿区植被生态环境保护具有重要意义。土壤水分是评价地裂缝是否影响植被生态的重要指标,地裂缝的存在加剧了植被赖以生存的土壤水分的散失,因此,选取典型植被区、土壤岩性结构区的煤矿采空区开展原位试验,分别动态监测裂缝边缘、远离裂缝区包气带剖面不同埋深的土壤水分,结合气象要素分析,以达到研究地裂缝对植被生态环境影响的目的。结果表明:(1)土壤水分散失空间上水分优先自裂缝裸露面散失,其次才会自地表散失;(2)土壤水分散失时间呈动态变化,同气温呈正相关关系,其中,7月最大,呈现2个蒸发面,8月次之,呈现1个蒸发面;(3)受土壤岩性的影响,随着土壤埋深增加,土壤含水率呈"S"形变化特征,不同岩性持水性大小顺序是:风积沙黄土根植土粉土;该结论对于宁东煤矿区植被生态地质环境保护具有重要指导意义。 相似文献
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SCS模型中城市地区土壤AMC确定方法的改进及应用研究 总被引：2，自引：0，他引：2
估算径流曲线值(CN)是采用SCS模型模拟径流的重要过程,而土壤前期湿润程度(AMC)是估算径流曲线值的主要影响因素,一般采用某次降雨前5d的降雨量来确定土壤AMC。以松花江流域大中小三种规模城市——哈尔滨市、长春市、佳木斯市、吉林市、梅河口市和勃利县城区为例,分析了土壤AMC计算方法的适用范围及存在的问题,并提出了改进方法。研究表明,原方法适合于城区绿地,但不适合于城区其他土地利用类型。对土壤AMC的计算方法进行改进,以某次降雨前5d降雨量与气象蒸发量差值确定其他土地利用类型的土壤AMC,经过对比分析发现,在除绿地外的其他土地利用类型中,改进方法优于原有方法。 相似文献