荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测

土壤水特征曲线

研究生课程论文封面 课程名称土壤水动力学 教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业 所在院系 类别: 日期: 2012 年1月7 日

评语 对课程论文的评语: 平时成绩：课程论文成绩： 总成绩：评阅人签名： 注：1、无评阅人签名成绩无效； 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效； 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。

水分特征曲线测定实验报告 1 实验的目的要求 理解水分特征曲线的含义，掌握水分特征曲线的测定方法，以及比较不同土壤水分特征曲线的特点。 2 实验的原理 土壤水的基质势（或土壤吸力）与土壤含水量之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线（soil water retention function ）。土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水分的保持和运动所用到的反映土壤水分基本特性的曲线。各种土壤的水分特征曲线均需由实验测定。 水分特征曲线仪主要由陶土头、集气管、压力传导管、水银测压计（由玻璃管和水银槽组成）、观测板以及样品容器组成，其结构如图1所示。 图1 水分特征曲线仪结构图 1.样品容器； 2.陶土头； 3.集气管； 4.压力传导管； 5.水银测压计； 6.观测板； 7.水银槽 陶土头是仪器的传感部件，由具有均匀微细孔隙的陶土材料制成，当仪器内充满水使陶土头被水饱和时，陶土头管壁就形成张力相当大的一层水膜，陶土头与土壤充分接触后，土壤水与其内部的水体通过陶土头建立了水力联系，在一定的压差范围内，水分和溶质可以通过陶土头管壁，而气体则不能通过，即所谓透水不透气。因此，如果陶土头内外之间存在压力差，水分就会发生运动，直至内外压力达到平衡为止。这时，通过水银压力表测定的负压值就是陶土头所在位置土壤水的基质势。 陶土头所在位置的压力水头（基质势或负压）的计算公式为： w m w m m h h h h h h --=-+-=6.12)(6.13 式中h 为压力水头，h m 为压力表中水银柱高度（以水银槽水银液面为基准面），h m 是水银槽液面到陶土头中心位置的垂直距离。

用Excel绘制级配曲线图步骤

用Excel绘制级配曲线图步骤 1、建立图表：在图表向导中选择XY散点图，点击下一步，点击数据区域中红色箭 头选择任意数据区域；点击下一步，选择标题，输入图表标题（筛分级配曲线图）、数值X轴（筛孔尺寸mm）、数值Y轴（通过率%）；选择网格线，选择数值X 轴，选择主要网格线，点击下一步，点击完成。 2、修改坐标轴：双击X轴数字，设置筛孔尺寸。选择刻度，将最小值设为0、最 大值设为级配类型最大粒径对应的泰勒曲线值（如AC-25，最大粒径为31.5mm，对应的泰勒曲线值为y=100.45lgdi=4.723）；选择字体，设置需要的字体大小，点击确定。双击Y轴数字，将最小值设为0、最大值设为100、主要刻度单位设为10、次要刻度单位设为0，选择字体，设置需要的字体大小，点击确定。 3、设置筛孔尺寸系列：在图表区点击鼠标右键，选择数据源，选择系列，选择添 加，选择X值输入筛孔尺寸对应的泰勒曲线值[如筛孔26.5mm(将孔径作为系列名称输入更方便)为4.370,4.370[）,选择Y值输入0,100。再选择添加输入其它筛孔尺寸。选择确定。双击系列，设置系列格式。选择图案，设置系列线格式，选择数据标志，点击确定。双击数据标志，将数字修改为对应的筛孔尺寸。

4、输入级配范围和级配中值线：在图表区点击鼠标右键，选择数据源，选择系列， 选择添加，选择X值输入筛孔尺寸对应的泰勒曲线值（4.723，4.370，3.762……）, 选择Y值输入级配上下限和中值。点击确定。 5、输入设计级配线：在图表区点击鼠标右键，选择数据源，选择系列，选择添加， 选择X值输入筛孔尺寸对应的泰勒曲线值（4.723，4.370，3.762……）,选择Y 值点击红色箭头选择任意设计级配区域。

水分特征曲线的测定

土壤水特征曲线的测定[压力膜（板）法] 土壤水特征曲线是土壤水管理和研究最基本的资料，是非饱情况下，土壤水分含量与土壤基质势之间的关系曲线。完整的土壤水特征曲线应由脱湿曲线和吸湿曲线组成，即土壤由饱逐步脱水，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得脱湿曲线；另外，土壤可以由气干逐步加湿，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得吸湿曲线。这两条曲线是不重合的，我们把这种现象称为土壤水特征曲线的滞后作用。通常情况下，由于吸湿曲线较难测定，且在生产与研究中常用脱湿曲线，所以只讨论脱湿曲线的测定。 土壤水特征曲线反映了非饱和状态下土壤水的数量和能量之间的关系，如果不考虑滞后作用，通过土壤水特征曲线可建立土壤含水量和土壤基质势之间的换算关系。这样做，有时会带来一定的误差，但在大多数情况下，一场降雨或灌溉后，总是有很长时间的干旱过程，在这种情况下，由脱湿曲线建立的两参数之间的换算关系有一定可靠性。 如果将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管。在土壤饱和时，所有的孔隙都充满水，而在非饱和情况下，只有一部分孔隙充满水。通过土壤水特征曲线可建立土壤基质势与保持水分的最大土壤孔隙的孔径的函数关系，由此可推算土壤孔径的分布。必须指出，由于我们将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管，与实际土壤孔隙不完全相同，因此称为实效孔径分布。 土壤水特征曲线的斜率反映了土壤的供水能力，即基质势减少一定量时土壤能施放多少水量，这在研究土壤与作物关系时有很大作用。 测定原理 如图所示，将土样置于多孔压力板上，多孔压力板根据其孔径大小分为不同规格，压力板孔径大的承受较小的气压，孔径小的能承受较大的气压。将压力板和土样加水共同饱和，将压力板置于压力容器内，加压，这时有水从土样中排出，并保持气压不变，等不再有水从土样中排出，打开容器，测定土样水分含量。如所加气压值为P(Mpa)，土壤基质势为ψm，则 ψm =－P ，调整气压，继续实验，由此获得土壤基质势为ψm和其对应的土壤含水量θ V 由此获得若干对（ψm，θ ），将这些测定值点绘到直角坐标系中，根据这些散 V 点可求得土壤水特征曲线。 3.5.1仪器及设备 压力膜（板）水分提取器，如图所示；压力板由压力膜（板）水分提取器厂家提供，压力板直径约30㎝左右，根据压力板承受压力的大小，分为0.1Mpa,0.3Mpa,0.5Mpa,1.0Mpa,1.5MPa（1bar,3bar,5bar,10bar,15bar,bar为非标准量纲，厂家印在压力板上）；土环，几十个，高1㎝，直径5㎝左右（土环直径不严格限制）。土环一般用铜制成，也有铝制的或橡胶制的；压力泵或高压气源；铝盒，用于土壤含水量测定；瓷盘；多孔板饱和时用；粗的定性滤纸；皮筋。 3.5.2测定步骤 制备土样。按土壤实际容重将以剔除杂物（碎石、根须等）的土壤填入土环中，注意土环下部垫一层粗滤纸，用皮筋固定，也可在田间现场取样，方法类似土壤容重取样，只是土环底部要垫一层滤纸，用皮筋固定。如果要测定一条完整的土壤水特征曲线，样品数量应在60个以上。

土壤水分特征曲线

土壤水动力学 学院：环境科学与工程学院专业：水土保持与沙漠化防治学号： 姓名：

土壤水分特征曲线的研究与运用 摘要：土壤水的基质势随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数，在生产实践中具有重要意义。本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型，其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单，省时省力，可进一步的推广运用。 关键词：土壤水分特征曲线Van Genuchten模型运用 1.土壤水分特征曲线的研究 1.1土壤水分特征曲线的概念 土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。 1.2土壤水分特征曲线的意义 土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。

1.3土壤水分特征曲线的测定方法 1.3.1直接法 通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。直接法中有众多的实验室和田间方法，如力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平汽压法等，而前3种应用最为普遍。①力计法：是土壤通过土杯从力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力，当土壤与外界达到平衡时，测出土壤基质势，再测出土杯周围的土壤含水量，不断变更土壤含水量并测相应的吸力，就可完成土壤水分特征曲线的测定。力计法可用于脱水和吸水2个过程，可测定扰动土和原状土的特征曲线，是用于田间监测土壤水分动态变化重要的手段，在实际工作中得到广泛应用。但力计仅能测定低吸力围0～0．08Mpa的特征曲线。②压力膜法：是加压使土壤水分流出，导致土壤基质势降低直到基质势与所加压力平衡为止，测定此时的土壤含水量．通过改变压力逐步获取不同压力下的含水量即可得到水分特征曲线。压力膜法可应用于扰动土和原状土，测定特征曲线的形状与土壤固有的特征曲线相符，可应用于土壤水分动态模拟，但测定周期长，存在着土壤容重变化的问题。③离心机法：测定某吸力下所对应的含水量，原理和实验过程同压力膜法相似，但其压力来源于离心机高速旋转产生的离心力。离心机法可应用于扰动土和原状土，测定周期短。特征曲线的相对形状与土壤固有的特征曲线相符，可用于土壤水分动态模拟。但是离心机仅可测定脱水过程，且在测定过程中土壤容重变化很大，若能对容重的影响进行校正，可望有较高的测定准确度。邵明安(1985)从土壤蒸发试验的预测与实测的含水量的偏离程度初步研究了以上3种方法测定土壤基质势的差别及准确性，结果表明考虑容重变化的离心机法有较高的准确度。④砂芯漏斗法：就是用一个砂芯漏斗和连接悬挂水柱的土板形成

粒径级配曲线的绘制

摘要：在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径级配曲线图，以确定不均匀系数cu、曲率系数cc及曲线是否平顺、光滑，是否在上下包络线内，从而判断级配是否良好、连续，对于反滤料设计，更是要求严格控制该料的d85、d15等特征值，级配曲线绘制工作量较大，本文中介绍了利用计算机自动计算和图表功能，快速绘制级配曲线的方法，可减轻工作量，提高工作效率，减少出错率，无疑有一定的实用价值。 关键词：级配曲线快速绘制 在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，从 而确定不均匀系数c u 、曲率系数c c ，判断出该料是否平顺、光滑，是否在设计提 出的上下包络线内，而对于反滤料，由于反滤层设在产生渗流的两种粗细明显不同的材料之间，以防止产生渗透变形对于反滤料，其最重要的选择指标即为颗粒级配，因此，级配曲线绘制在土工试验中是必须进行的工作，但由于级配曲线水平座标为对数座标，存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，一般说来，传统绘制级配曲线的方法主要有如下几种： 1、采用对数坐标纸，进行手工绘制。 这种方法，在计算机普及前为主要的绘制方式，一般购买印刷好的对数座标纸（或复印设计提供包络图的图表），人工在横坐标上标出颗粒径料、纵坐标上标出小于某粒径累计百分比，然后按计算出的数据在坐标纸上逐点标出点位，采 用曲线板进行拟合，绘出级配曲线，再查出诸如d 60、d 30 、d 10 等特征值，进行系 数计算。 手工绘制级配曲线，效率较低，既不美观，绘出的图表大小固定，不易插在文档中（往往采用在文档中预留地方，粘上曲线图表后再复印），同时换算也容易出错，费工费力，笔者在2003年前，受办公条件限制，均采用这种手工绘制的方法进行级配曲线的绘制。 2、采用autocad这类辅助设计绘图软件绘制级配曲线 针对手绘方法存在着不美观、不易与文档结合的情况，在级配绘制上，往往采用辅助设计绘图软件进行绘制，如autocad、电子图版等，在绘制方法，首先采用计算器或excel等工具将各包括图表、粒径等在内的数据换算成对数坐标，然后采用直线、偏移等命令绘出对数座标图，通过手绘曲线命令绘出级配曲线。 这种方法，克服了手绘级配曲线不易与文档结合的不足（可采用复制、粘贴或专用转换软件），具有精度高、任意放大和缩小的特点，但存在着需到对数坐标互换、百分含量累加、描点以及连线一系列繁杂的步骤，效率也较低，笔者

土壤水分特征曲线测定

土壤水分特征曲线测定实验 一、实验原理 土壤水分特征曲线（又称持水曲线，见图1）是土壤含水量与土壤水吸力的关系曲线，该曲线能够间接反映土壤孔隙大小的分布，分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性等，在水文学、土壤学等学科的研究与实践中都具有重要作用。目前，负压计法是测量土壤水吸力最简单、最直观的方法，而时域反射仪（TDR）是测量土壤体积含水率的最常用、最便捷的方法之一。 图1 土壤水分特征曲线 （一）负压计 负压计由陶土头、腔体、集气管和真空（负压）表等部件组成（见图2）。陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小而均匀的孔隙，被水浸润后会在孔隙中形成一层水膜。当陶土头中的孔隙全部充水后，孔隙中水就具有张力，这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头，但阻止空气通过。将充满水且密封的负压计插入不饱和土样时，水膜就与土壤水连接起来，产生水力上的联系。土壤系统的水势不相等时，水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动，直至两个的系统的水势平衡为止。总土水势包括基质势、压力势、溶质势和重力势。由于陶土头为多孔透水材料，溶质也能通过，因此内外溶质势相等，陶土头内外重力势也相等。非饱和土壤水的压力势为零，仪器中无基质，基质势为零。因此，土壤水的基质势便可由仪器所示的压力（差）来量度。非饱和土壤水的基质势抵于仪器里的压力势，土壤就透过陶土头向仪器吸水，直到平衡为止。因为仪器是密封的，仪器中就产生真空，这样仪器内负压表的读数这就是土壤的吸力。土壤水吸力与土壤水基质势在数值上是相等的，只是符号相反，在非饱和土壤中，基质势为负值，吸力为正值。

图2 负压计结构图 （二）TDR 土壤水分对土壤介电特性的影响很大。自然水的介电常数为80.36，空气介电常数为1，干燥土壤为3~7之间。这种巨大差异表明，可以通过测量土壤介电性质来推测土壤含水量。时域反射仪以一对平行棒（也叫探针）作为导体，土壤作为电介质，输出的高频电磁波信号从探针的始端传播到终端，由于终端处于开路状态，脉冲信号被反射回来。通过电磁波沿探针来回传播的时间可以计算土壤表观介电常数，介电常数与土壤含水量之间的函数关系而得到土壤含水量。 对相同的土壤在不同的土壤湿度条件下测量一系列（土壤含水量θ，土壤水吸力S）的值，便可绘制土壤水分特征曲线，然后用S（θ）经验公式拟合观测数据。 二、实验材料和仪器 1.土样（室外取土） 2.蒸馏水（实验室通过冷凝装置制备） 3.装土容器（底部有孔） 4.负压计 5.便携式TDR（TDR300，见图3） 图 3 TDR300土壤水分仪

土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定

土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定 3.1测定意义 严格地讲，土壤含水量应称为土壤含水率，因其所指的是相对于土壤一定质量或容积中的水量分数或百分比，而不是土壤所含的绝无仅绝对水量。 土壤含水量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。在农业生产中，需要经常了解田间土壤含水量，以便适时灌溉或排水，保证作物生长对水分需要，并利用耕作予以调控，达到高产丰收的目的。 近几十年来的研究表明，要了解土壤水运动及土壤对植物的供水能力，只有土壤水数量的观念是不够的。举一个直观的例子：如果粘土的土壤含水量为20%，砂土的土壤含水量为15%，两土样相接触，土壤水应怎样移动？如单从土壤水数量的观念，似乎土壤水应从粘土土样流向砂土土样，但事实恰恰相反。这说明，光有土壤水数量的观念，尚不能很好研究土壤水运动及对植物的供水，必须建立土壤水的能量的观念，即土水势的概念。 测定土壤水特征曲线（基质势与土壤含水量之间的关系曲线）需要特别的仪器设备，随着土壤科学的发展，越来越多的基层土壤工作者需要土壤水特征曲线这一基础资料，了解土壤水特征曲线的测定，对今后土壤水特征曲线（不管是自己测定还是由别的单位测定）的应用是有益的。 3.2方法选择的依据 土壤含水量目前常用的方法有：烘干法、中子法、射线法和TDR法（又称时域反射仪法）。后三种方法需要特别的仪器，有的还需要一定的防护条件。 土水势包括许多分势，与土壤水运动最密切相关的是基质势和重力势。重力势一般不用测定，只与被测定点的相对位置有关。测定基质势最常用的方法是张力计法（又称负压计法），可以在田间现场测定。 土壤水特征曲线是田间土壤水管理和研究最基本的资料。通过土壤水特征曲线可获得很多土壤基质和土壤水的数据，如土壤孔隙分布及对作物的供水能力等等。测定土壤水特征曲线最基本的方法是压力膜（板）法，它可以完整地测定一条土壤水特征曲线。 3.3土壤含水量的测定（烘干法） 烘干法又称质量法，具体操作是：用土钻采取土样，用感量0.1g的天秤称得土样的质量，记录土样的湿质量m t，在105℃烘箱内将土样烘6h～8h至恒重，然后测定烘干土样，记录土样的干质量m s，根据 θm＝m w/m s×100% 计算土样含水量，式中：m w=m t－m s；θm表示土样的质量含水率，习惯上又称为质量含水量。 如果知道取样点的容重，则可求出土壤含水量的另一种表示形式——容积含水量θv： θv=θmρb 在粘粒或有机质多的土壤中，烘箱中的水分散失量随烘箱温度的升高而增

绘制级配曲线

级配曲线的快速绘制 来源：岁月联盟作者：唐海北时间：2010-08-23 摘要：在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径级配曲线图，以确定不均匀系数CU、曲率系数CC及曲线是否平顺、光滑，是否在上下包络线内，从而判断级配是否良好、连续，对于反滤料设计，更是要求严格控制该料的D85、D15等特征值，级配曲线绘制工作量较大，本文中介绍了利用机自动计算和图表功能，快速绘制级配曲线的方法，可减轻工作量，提高工作效率，减少出错率，无疑有一定的实用价值。 关键词：级配曲线快速绘制 在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，从 而确定不均匀系数C U 、曲率系数C C ，判断出该料是否平顺、光滑，是否在设计提 出的上下包络线内，而对于反滤料，由于反滤层设在产生渗流的两种粗细明显不同的材料之间，以防止产生渗透变形对于反滤料，其最重要的选择指标即为颗粒级配，因此，级配曲线绘制在土工试验中是必须进行的工作，但由于级配曲线水平座标为对数座标，存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，一般说来，传统绘制级配曲线的方法主要有如下几种： 1、采用对数坐标纸，进行手工绘制。 这种方法，在计算机普及前为主要的绘制方式，一般购买印刷好的对数座标纸（或复印设计提供包络图的图表），人工在横坐标上标出颗粒径料、纵坐标上标出小于某粒径累计百分比，然后按计算出的数据在坐标纸上逐点标出点位，采 用曲线板进行拟合，绘出级配曲线，再查出诸如D 60、D 30 、D 10 等特征值，进行系 数计算。 手工绘制级配曲线，效率较低，既不美观，绘出的图表大小固定，不易插在文档中（往往采用在文档中预留地方，粘上曲线图表后再复印），同时换算也容易出错，费工费力，笔者在2003年前，受办公条件限制，均采用这种手工绘制的方法进行级配曲线的绘制。 2、采用AutoCAD这类辅助设计绘图软件绘制级配曲线 针对手绘方法存在着不美观、不易与文档结合的情况，在级配绘制上，往往采用辅助设计绘图软件进行绘制，如AutoCAD、图版等，在绘制方法，首先采用计算器或Excel等工具将各包括图表、粒径等在内的数据换算成对数坐标，然后采用直线、偏移等命令绘出对数座标图，通过手绘曲线命令绘出级配曲线。 这种方法，克服了手绘级配曲线不易与文档结合的不足（可采用复制、粘贴或专用转换软件），具有精度高、任意放大和缩小的特点，但存在着需到对数坐

分析水驱导数曲线评价方法

分析水驱导数曲线评价方法 摘要对水驱特征去曲线进行分析，用来对油藏水驱开发动态进行开发和评价，得到地质储量的计算结果。在水驱特征的曲线的累计过程中，将部分信息进行了掩盖，得到了水驱开发动态的及时的评价，导致评判的结论和计算的结果不准确。因此，为了解决这一问题，将导数的敏感性特征加以引入，得到相应的水驱特征的导数的计算方法。经过实例结果表明，水驱特征导数的曲线能够准确方便地评价油藏水效果。 关键词导数曲线；水驱特征；油藏工程 引言 油藏工程中，需要对一些时间和空间的函数的特征变化曲线来对油藏开发进行效果的分析，得到了一些累计的特征函数的指标，水驱特征曲线法进行了油藏开采的过程，具有实用的优点[1]。在实际应用中，利用甲型水驱特征进行油藏水驱开发动态的评价和分析，得到了油藏水驱开发指标和地质的储量的分析。根据水驱的深入开发的原理，甲型水驱特征曲线呈现了直线的特征，在坐标系上由于水驱特征的函数的变动在小范围数据中不敏感，将中后期的开发措施进行了分析和开发，得到了中后期的措施效果，不能将水驱开发动态进行准确的评价，寻求到更加具有敏感性的水驱评价的方法。 1 导数曲线的引入和分析 在石油行业中，压力导数曲线用于解释现代试井的广泛应用，对与导数的函数的敏感性具有很好的解释结果。将水驱特征曲线进行了效果的分析和评价。甲型水驱特征的曲线以累计的油产量为横坐标，累计的产水量形成了纵坐标，对数坐标在开发的中后期呈现出明显的直线段，并且形成了常用的直线斜率，其特征函数方程为： Wv为累计产水量，Np 为累计产油量，a，b为常数。 利用直线段的斜率将水驱地质的储量进行计算，得到了多种的常用的关系式为： 其中，N为当前的水驱地质储量。 在较高的含水阶段，油田单位累计的摻水的水油比为常数，导数的曲线能够反映出当前的生产状况，与整体生产状况对比得到了当前以及中后期的措施效果的独特作用[2]。 在对产水的导数进行计算的时候，采用的数据是月度的产量以及数据，油田的生产不是连续的，计算出来的导数的曲线的波动范围较大，不利于进行评价，

土水特征曲线的通用数学模型研究

100429665/2004/12(02)20182205　Journal o f Engineering G eology　工程地质学报 土水特征曲线的通用数学模型研究Ξ 戚国庆　黄润秋 (成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室　成都　610059) 摘　要　土水特征曲线对于研究非饱和土的物理力学特性至关重要。根据土水特征曲线可以确定非饱和土的强度、体应变和渗透系数,甚至可以确定地下水面以上水份分布。由于土体物理力学特性的差异,导致描述其土水特征曲线的数学模型也各不相同。因此,建立土水特征曲线的通用数学表达式,显得尤为必要。本文对土水特征曲线数学模型进行了研究,依据这些模型的数学表达式形式,将其划分为4种类型。分别由这4种类型的数学模型推导出具有统一表达式形式的土水特征曲线通用数学模型,并运用陕北高原黄土土水特征曲线试验数据对通用数学模型进行了研究。 关键词　土水特征曲线　通用数学模型　幂函数多项式　基质吸力 中图分类号:T U43 文献标识码:A AN UNIVERSAL MATHEMATICAL MODE L OF SOI L-WATER CHARAC2 TERISTIC CURVE QI G uoqing H UANG Runqiu (Chengdu Univer sity o f Technology,Chengdu,　610069) Abstract　The s oil-water characteristic curve is very im portant for studying the physical and mechanical characteristics of unsaturated s oils.Strength,v olumetric strain and permeability coefficient,and even m oisture-distribution above ground water surface can be determined by the s oil-water characteristic curve.A mathematical m odel of s oil-water characteristic curve is established,based on s oil,structure and the shape of s oil-water characteristic curve.Mathemati2 cal m odels of s oil-water characteristic curve differ due to varying physical and mechanical properties of unsaturated s oils.It is,thus,necessary to establish universal expression of s oil-water characteristic curve.In this paper,mathe2 matical m odels of s oil-water characteristic curve are divided into four types based on the patterns of mathematical m od2 els.An universal mathematical m odel with unified functional pattern is derived.The s oil-water characteristic curve of loessal s oils in north Shaannxi loess plateau,is used to verify the universal mathematical m odel. K ey w ords　S oil-water characteristic curve,Universal mathematical m odel,P olynomial expression of power function, Suction Ξ收稿日期:2003-05-27;收到修改稿日期:2004-03-15. 基金项目:国家自然科学基金重大研究计划项目资助(项目编号:90102002) 第一作者简介:戚国庆(1969-),男,高级工程师,主要从事地质工程研究工作.Email:hrq@https://www.wendangku.net/doc/5010348438.html,

SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程

SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程 实验理论： 土水特征曲线是非饱和土中的吸力与含水量之间关系的曲线。吸力可以是基质吸力也可以是总吸力。含水量可以是体积含水量、重力含水量，也可以是饱和度。它包含两条曲线分别是脱湿曲线和吸湿曲线。 通过Geo--‐expert的压力板仪，可以得到基质吸力与体积含水量之间关系的土水特征曲线。 基质吸力：Matric suction （u a--‐u w）孔隙气压与孔隙水压的差值。目前模拟基质吸力的方式有三种，按照可获得的吸力的范围可分为轴平移技术（0.1kPa--‐1.5Mpa），渗透技术（0.1--‐10Mpa）,蒸汽平衡技术（10--‐200Mpa）。Geo--‐expert 的一维SDSWCC压力板仪采用轴平移技术，将孔隙水压平移到0值，直接通过孔隙气压的变化来控制基质吸力值。 脱湿，土体在不同吸力作用下（通常吸力从小到大变化），水从土体中排出来的过程；吸湿，土体在不同吸力作用（通常吸力从大到小变化），慢慢吸进水分的过程。 SDSWCC可直接测得土壤中的出水值，再通过实验之前测得饱和样的质量，换算出不同吸力平衡后的体积含水量，最后根据脱湿、吸湿下吸力值和对应的体积含水量可作出土水特征曲线。 SDSWCC与传统土水特征曲线获得装置的最大不同点是采用了香港科技大学吴宏伟教授的最新成果，加入轴向力的独立控制, 实现了stress dependant功能。 以下是典型的土水特征曲线：

土水特征曲线有以下特点 1. 整体来看，几乎所有土--‐水特征曲线形状都很相似，基质吸力增加，非饱和土的含水量降低。 2. 含水量较低时，基质吸力随含水量的变化较大；含水量较高时，基质吸力随含水量的增加较缓和的减小。 3. 脱湿曲线和吸湿曲线之间有一定的滞回特性,有很多种解释，最为大家接受的是由于土体内的孔隙特殊 性，如下图所示（左边为脱湿过程，右边为脱湿过程），土体孔隙空间内部有较大的孔隙，连接较小的通道孔径，形成“瓶颈”效应。脱湿、吸湿时由于运动方向不同使含水量变化出现滞后。 4. 土水特征曲线的特殊点 进气值, 土体随着吸力的增加，水分开始从土体中排出来时对应的吸力值。

级配曲线的快速绘制

级配曲线的快速绘制 在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，从 而确定不均匀系数C U 、曲率系数C C ，判断出该料是否平顺、光滑，是否在设计提 出的上下包络线内，而对于反滤料，由于反滤层设在产生渗流的两种粗细明显不同的材料之间，以防止产生渗透变形对于反滤料，其最重要的选择指标即为颗粒级配，因此，级配曲线绘制在土工试验中是必须进行的工作，但由于级配曲线水平座标为对数座标，存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，一般说来，传统绘制级配曲线的方法主要有如下几种： 1、采用对数坐标纸，进行手工绘制。 这种方法，在计算机普及前为主要的绘制方式，一般购买印刷好的对数座标纸（或复印设计提供包络图的图表），人工在横坐标上标出颗粒径料、纵坐标上标出小于某粒径累计百分比，然后按计算出的数据在坐标纸上逐点标出点位，采 用曲线板进行拟合，绘出级配曲线，再查出诸如D 60、D 30 、D 10 等特征值，进行系 数计算。 手工绘制级配曲线，效率较低，既不美观，绘出的图表大小固定，不易插在文档中（往往采用在文档中预留地方，粘上曲线图表后再复印），同时换算也容易出错，费工费力，笔者在2003年前，受办公条件限制，均采用这种手工绘制的方法进行级配曲线的绘制。 2、采用AutoCAD这类辅助设计绘图软件绘制级配曲线 针对手绘方法存在着不美观、不易与文档结合的情况，在级配绘制上，往往采用辅助设计绘图软件进行绘制，如AutoCAD、电子图版等，在绘制方法，首先

采用计算器或Excel等工具将各包括图表、粒径等在内的数据换算成对数坐标，然后采用直线、偏移等命令绘出对数座标图，通过手绘曲线命令绘出级配曲线。

土壤水分特征曲线测定实验

土壤水分特征曲线测定实验 实验原理 张力计插入土样后，张力计中的纯自由水经过陶土壁与土壤水建立了水力联 系。在非饱和土壤中，仪器中的自由水的势值总是高于土壤水的势值，因 此，仪器中的自由水就会透过陶土管进入土壤，但因陶土材料孔隙细小，孔 隙中形成的水膜不能使空气通过，而只能让水或溶质液通过（但如果压力过 高水膜破裂，空气就会透过，这时的压力称为透气值），因而在仪器内形成 一定的真空度，由仪器上的负压表读出。最后当仪器内外的势值趋于平衡 时，仪器中水的总水势Φwd与土壤中土水势Φws应该相等，即： Φwd＝Φws 土水势的完整表述为： Φ=Φm+Φp+Φs+Φg+ΦT 因为陶土管为多孔透水材料，并非半透膜，故溶质也能通过，最后达到内外 溶液浓度相等，内外溶质势Φs相等。仪器内外温度相等，温度势ΦT相 等。坐标0点选在陶土头中心，则陶土头中心的内外重力势Φg相等。这样 仪器中和土壤中的总势平衡可表述为： Φmd＋Φpd＝Φms＋Φps 式中，Φps为土壤水的压力势，Φms为土壤水的基质势，Φpd为仪器内自 由水的压力势，Φmd为仪器内自由水的基质势。 在非饱和土壤中，土壤水所受的压力为大气压（基准状态），故Φps应为 零，又仪器中自由水无基质势存在，故Φmd亦为零，所以： Φms＝Φpd＝ΔP D+z 式中，ΔP D为负压表显示的负压值（小于0），z为埋藏在土中的陶土管中 心与土面以上负压表之间的静水压力即水柱高，（向上为正，大于0）。即 可得到土壤水的基质势。按定义土壤水吸力为基质势的负值，因而即可测得 吸力值。 S=－Φms＝－ΔP D－z 如果负压表读数记为P（大于0，即P＝－ΔP D），则S=P－z 另外，在计算土样中水分的变化时，还应考虑集气管中水分的变化量。

快速绘制级配曲线1

使用excel绘制级配曲线 笔者从事水利工程建筑施工，建筑软件主要以工民建为主进行开发，很少有水利工程专用软件，在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，但由于级配曲线水平座标为对数座标，如采用手工绘制（笔者在2004年以前均采用手工绘制）存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，经过摸索，电子表格自动计算及图表功能，完全能够绘制满足工程需要的级配曲线，且具有简单、直观、操作方便的特点，现以Excle2003为例，将绘制方法介绍如下：一般而言，一个完整的级配曲线，应有上包络线、下包络线、取样线、粒径及小于某料径含量累计百分比等图元，其中上包络线、下包络线由设计单位根据施工需要经计算而得出的级配曲线，可将其数据直接运用来绘制级配曲线，而小于某粒径含量百分比是经实验、称量及计算获得，对于具体实验过程及计算，在此不再多简介，形成的数据如图1： 图1 数据组织 点击工具栏中的“插入图表”命令（或菜单中的“插入/图表”），弹出图表向导，选择标准类型中的“XY散点图”，在子图表类型中选择“平滑线散点图”。见图2 点击下一步，显出图表源数据步骤，选择“系列”选项卡，在系列中，点击“添加”，在右侧的名称中输入“取样线”，X值为粒径，点击在图1中的格区域B1:Q1，Y值为小于某粒径累计百分比，点击在图1中的格区域C2：Q2，这样，我们可能在系列文本框中看到“取样线”，同时在预览框中看到取样线及图例，如图3。 图2 图表类型图3 源数据 点击下一步，在标题选项卡中，图表标题中输入“××料级配曲线”，在数值（x）文本框中输入“粒径（mm）”，在数值（Y）文本框中输入“小于某粒径含量累计百分比（%）”；在网格线选项卡中，勾选主要网格线及次要网格线，如图4、图5。

水驱特征曲线

水驱曲线法，是评价天然水驱和人工注水开发油田水驱油效果的分析方法。利用相关水驱特征曲线形态，不但可以预测水驱油田的有关开发指标，还可以预测当油田开发的含水率或水油比达到经济极限条件时的可采储量和采收率，并能对水驱油田的可采储量和原始地质储量作出有效的预测和判断。目前有十几种水驱特征曲线可以用于评估油田的采收率，但总的看来，采用瞬时量描述的水驱特征曲线不如采用累积量描述的水驱曲线，因此，我们主要选用以下几种累计关系水驱特征曲线来测算可采储量。 丙型水驱特征曲线是累积液油比与累积产液量的关系式，表达式如下： 33p p p L a b L N =+ （14） 式（14）表明，油田开发到一定阶段以后，累积产液量与累积产油量之比与累积产液量在直角坐标中呈直线关系。3a 和3b 分别为直线段的截距和斜率。 将式（14）改写成如下形式 331 p p a b N L =+ （15） 对式（15）两端进行微分后得 322d d p p p p N a L N L --= 将上式两端同时除以d t ,则有 23 2p L p o L q a N q = （16） 由式（15）解出p L 并代入式（16）后得 2233 22 3(1)p L p p o a N q a N b N q =- 由上式解出p N 得 3 p N =（17） 式（17）即为丙型水驱特征曲线的累积产油量与油田含水率之间的关系式，应用该式可以测算油田不同含水率时的累积产油量、 当油田极限含水率为0.98时，得到可采储量

3 11p N b ? = -? （18） 只要知道了丙型曲线的有关常数项3a 和3b ，就可以应用上式测算油田可采储量。 将式（17）和式（18）相除，便得到可采储量采出程度与含水率的关系式 p R N N = （19） 式（14）、（17）和（18）为丙型水驱曲线的主要关系式。当水驱特征曲线出现直线关系以后，则可以利用这些公式对油田水驱动态和可采储量进行预测。 丁型水驱特征曲线的表达式如下： 44p p p L a b W N =+ （20） 它反映了油田开发到一定阶段后，累积产液量与累积产油量之比与累积产水量在直角坐标中呈直线关系，直线段的截距与斜率分别为4a 和4b 。 将式（20）改写成如下的形式 4411 p p a b N W -=+ （21） 对式（21）两端微分并同时除以d t 得 422 (1)o w p p q a q N W -= 由上式得 p p W N =（22） 由式（21）解出p W ： 441 1 p p a W b N -= - （23） 将式（23）代入（22）得 4411 ( )p p a b N N -=-

土壤水分特征曲线(研究)综述

土壤水分特征曲线（研究）综述 卢常磊（学号：1001064113） （系别：农学系专业：种子科学与工程班级：一班） 前言：土壤水的基质势（或土壤水吸力）随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，是研究土壤水动力学性质比不可少的重要参数，在生产实践中具有重要意义。几十年来，人们投入了大量的精力来发展确定该曲线的方法，这些方法归纳起来可分为两大类：一类是直接测定法，另一类是间接推算法（或参数估计法）。这些方法各有优缺点，而在生产实践中有的方法几乎没有实际应用价值。基于这一点，本文针对这些方法以及近年来发展的新方法进行了比较和综述。 关键词：土壤水分特征曲线 van Genuchten模型 1.土壤水分特征曲线 1.1概念土壤水的基质势（或 土壤水吸力）随土壤含水量的变化而 变化，其关系曲线称为土壤水分特征 曲线，英文名称为soil water characteristic curve。在实际中人 们也使用土壤持水曲线或土壤pF曲 线。一般，该曲线以土壤含水量Q（以 体积百分数表示）为横坐标，以土壤 水吸力 S（以大气压表示）为纵坐标。 如右图是一不同质地土壤水分特征曲线图。 1.2意义土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低，而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量，可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值，从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。 1.3应用土壤水分特征曲线主要有以下几方面的应用［1］：①进行基质势和含水量的相互换算。根据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算成土壤基质势，依据基质势可判断土壤水分对作物的有效度。也可将基质势换算成含水量，根据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有效水范围。②表示比

级配曲线的快速绘制(1)(精)

级配曲线的快速绘制(1) 摘要：在土石坝施工、爆破粒径控 制等工作中，往往需要绘制块径级配曲线图，以确定不均匀系数cu、曲率系数cc及曲线是否平顺、光滑，是否在上下包络线内，从而判断级配是否良好、连续，对于反滤料设计，更是要求严格控制该料的d85、d15等特征值，级配曲线绘制工作量较大，本文中介绍了利用计算机自动计算和图表功能，快速绘制级配曲线的方法，可减轻工作量，提高工作效率，减少出错率，无疑有一定的实用价值。 关键词：级配曲线快速绘制 在土石坝施工、爆破粒径控制等工作中，往往需要绘制块径的级配曲线，从而确定不均匀系数cu、曲率系数cc，判断出该料是否平顺、光滑，是否在设计提出的上下包络线内，而对于反滤料，由于反滤层设在产生渗流的两种粗细明显不同的材料之间，以防止产生渗透变形对于反滤料，其最重要的选择指标即为颗粒级配，因此，级配曲线绘制在土工试验中是必须进行的工作，但由于级配曲线水平座标为对数座标，存在着对数座标互换、百分含量累加、描点、连线等一系列繁杂的工作，工作极为枯燥乏味，一般说来，传统绘制级配曲线的方法主要有如下几种： 1、采用对数坐标纸，进行手工绘制。 这种方法，在计算机普及前为主要的绘制方式，一般购买印刷好的对数座标纸（或复印设计提供包络图的图表），人工在横坐标上标出颗粒径料、纵坐标上标出小于某粒径累计百分比，然后按计算出的数据在坐标纸上逐点标出点位，采用曲线板进行拟合，绘出级配曲线，再查出诸如d60、d30、d10等特征值，进行系数计算。 手工绘制级配曲线，效率较低，既不美观，绘出的图表大小固定，不易插在文档中（往往采用在文档中预留地方，粘上曲线图表后再复印），同时换算也容易出错，费工费力，笔者在2003年前，受办公条件限制，均采用这种手工绘制的方法进行级配曲线的绘制。 2、采用autocad这类辅助设计绘图软件绘制级配曲线 针对手绘方法存在着不美观、不易与文档结合的情况，在级配绘制上，往往采用辅助设计绘图软件进行绘制，如autocad、电子图版等，在绘制方法，首先采用计算器或excel等工具将各包括图表、粒径等在内的数据换算成对数坐标，然后采用直线、偏移等命令绘出对数座标图，通过手绘曲线命令绘出级配曲线。 这种方法，克服了手绘级配曲线不易与文档结合的不足（可采用复制、粘贴或专用转换软件），具有精度高、任意放大和缩小的特点，但存在着需到对

颗粒级配曲线

颗粒级配曲线 颗粒级配曲线是根据颗分试验成果绘制的曲线，采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量。它反映了土中各个粒组的相对含量，是直观反映泥沙样品颗粒级配组成的几何图形,也是计算有关特征值和资料整编的重要依据，根据颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。 1．1 土的生成 土是岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程，在复杂的自然环境中所生成的各类松散沉积物。在漫长的地质历史中，地壳岩石在相互交替的地质作用下风化、破碎为散碎体，在风、水和重力等作用下，被搬运到一个新的位置沉积下来形成“沉积土”。 风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等(也称为外力地质作用)密切相关，一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩解为碎块的属于物理风化，这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变原来的矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物；由于水溶液、大气等因素影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化，这种风化作用使岩石原来的矿物成分发生改变，土的颗粒变的很细，称为次生矿物；由于动、植物和人类的活动使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。 土是自然、历史的产物。土的自然性是指土是由固相(土粒)、液相(粒间孔隙中的水)和气相(粒间孔隙中的气态物质)组成的三相体系。相对于弹性体、塑性体、流体等连续体，土体具有复杂的物理力学性质，易受温度、湿度、地下水等天然环境条件变动的影响。土的历史性是指天然土层的物理特征与土的生成过程有关，土的生成所经历的地质历史过程以及成因对天然土层性状有重要的影响。 在地质学中，把地质年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代)，每代又分若干纪，每纪又分若干世。上述“沉积土”基本是在离我们最近的新生代第四纪(Q)形成的，因此我们也把土称为“第四纪沉积物”。由于沉积的历史不长，尚未胶结岩化，通常是松散软弱的多孔体，与岩石的性质有很大的差别。根据不同的成因条件，主要的第四纪沉积物有残积物、坡积物、洪积物、冲积物、海洋沉积物、湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等。 1．2 土的组成 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例 第1页 关系对土的性质有显著影响。 1．2．1 土中固体颗粒 土中固体颗粒的大小、形状、矿物成分及粒径大小的搭配情况是决定土的物理力学性质的主要因素。 (1)粒组的划分