分类号密级硕士学位论文非饱和土水特征曲线的温度效应研究学位申请人高抗学科专业岩土工程指导教师张华副教授二四年五月万方数据万方数据三峡大学硕士学位论文三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名日期万方数据三峡大学硕士学位论文内容摘要非饱和土水特征曲线通常定义为土中基质吸力与重力含水量或体积含水量饱和度之间的关系。它反映了土壤的储水和释水性质，与孔隙结构和孔径分布密切相关，可以用于预测非饱和渗透性函数抗剪强度等物理和力学参数，因此在非饱和土力学中有着非常重要的意义。影响土水特征曲线的因素有很多，如滞回性液体粘滞性影响应力状态影响应力历史影响颗粒级配等，这些因素对土壤的持水能力影响很大，因而引起了众多学者的关注。相比较而言，自然环境中温度的变化是不大的，其对土壤持水能力的影响体现得并不显著，所以往往被忽视。但随着科学技术的不断进步，岩土工程领域所涉及的问题越来越复杂，如地下核废料的处置二氧化碳地下封存地热资源开发石油开采高压电缆的埋设等，更多的工程设施将承受较大的温度变化。此时，温度对土水特征曲线的影响变得不可忽略。目前，对于如何获取考虑温度影响的土水特征曲线以及其影响机理，学者们还没有达成致意见。本研究开发了套高精度土水特征曲线自动测试系统，开展了不同温度作用下粉土质砂土水特征曲线试验，讨论和分析了温度影响下非饱和土水特征曲线的变化规律及温度的作用机制，并建立了考虑温度影响的土水特征曲线预测模型，进行了维土柱非饱和土蒸发试验与数值分析。研究的主要内容及结论如下研制了套高精度土水特征曲线自动测试系统。该系统实现了整个测试过程的全自动化控制，同时提高了气压力控制精度修正了每级气压下排水体积量和实现了对试验温度的控制，在满足特定试验需求的同时提高了试验效率和保证了试验的精度，特别适用于粗颗粒土的相关试验测试。为了实现仪器的规范化操作，还特别编制了仪器的操作规程，介绍了仪器操作注意事项，为后续试验提供了技术支持。将高精度土水特征曲线自动测试系统置于温控箱中，开展了种不同温度作用下粉土质砂的土水特征曲线试验，并与其他学者的相关试验数据对比，讨论和分析了温度影响下非饱和土水特征曲线的变化规律及温度的作用机制。结果表明，温度对非饱和土水特征曲线的影响不可忽略，随着温度的升高土壤的进气值和残余含水量均在减小，基质吸力相同时，土壤的体积含水量随温度上升逐渐减小，土壤颗粒大小和孔隙尺寸分布的不同导致温度对粉土质砂粉质土粘性土和膨胀土的土水特征曲线的影响出现局部的差异性。以热力学及非饱和土相关理论为基础，考虑表面张力浸润角和吸力的温度效应，借助于模型，在分析研究模型中各参数随温度变化规律的同时建立了考虑温度影响的土水特征曲线预测模型。通过将预测结果与实测数据进行对比万方数据三峡大学硕士学位论文可以发现该模型具有较好的适用性。对于粘粒含量较大的土，由于忽略了温度对颗粒表面水合作用的影响，在基质吸力大于进气值的区段，预测结果与实测结果存在定的偏差。研制了可变环境条件自动蒸渗测量系统，开展了维土柱室内蒸发试验，同时采用非饱和土水热迁移方程及相关预测参数对蒸发条件下土壤水分的运动进行了数值模拟，最后将数值计算结果与实测试验结果进行对比，检验了水热迁移方程及相关预测参数的可靠性。结果表明，非饱和土的蒸发过程可分为三个阶段稳定阶段减速阶段残余阶段。随着蒸发的持续进行，土柱纵剖面上含水量开始出现明显的梯度，干湿界面从土表开始形成并随着蒸发的进行不断向下推移。数值计算结果与实测值基本吻合，说明该计算模型及相关参数的选取是合理的，所得的结论是可靠的。论文创新点开展了考虑温度影响的非饱和土水特征曲线试验研究，并进行了影响机理分析建立了考虑温度影响的土水特征曲线预测模型，并应用于蒸发条件下土壤水分运动的数值模拟研究。关键词土水特征曲线温度效应预测模型热力学原理水热迁移模型万方数据三峡大学硕士学位论文.,.,万方数据三峡大学硕士学位论文,,.,.,.,万方数据三峡大学硕士学位论文.,.万方数据三峡大学硕士学位论文目录绪论.研究目的和意义.国内外研究现状.主要研究内容.研究方法与技术路线土水特征曲线测试方法研究.常用土水特征曲线测试方法比较.高精度土水特征曲线测试系统的研制.本章小结温度对土水特征曲线影响的试验研究.粉土质砂土水特征曲线测试与分析.粉土与粘性土土水特征曲线测试结果与分析.本章小结考虑温度效应的土水特征曲线预测模型的建立.基本理论.模型建立.模型分析与验证.本章小结蒸发条件下土柱水分运动规律研究.维土柱室内蒸发试验.数值分析.本章小结结论与展望.结论.展望参考文献后记附录攻读硕士学位期间发表的学术论著和参与的项目万方数据三峡大学硕士学位论文绪论.研究目的和意义土力学是将工程力学同土的性质结合起来的门科学。从世纪年代太沙基首次提出经典土力学的定义以来，土力学得到了快速地发展，并已经形成了套完善独立的理论体系。经典的土力学在其发展过程当中将重点放到了几种土上，即饱和的砂粉土和粘土。这些土有个共同的特性就是它们均被视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。严格的讲，迄今为止的土力学只能称之为饱和土力学。然而，工程实践中遇到的土多是以三相状态土粒孔隙水孔隙气存在，其性状并不符合经典饱和土力学的原理和概念。有学者甚至认为应将水气分界面亦即收缩膜作为单独的第四相来定义。非饱和土中由于气相的存在，使得土颗粒物理界面之间的性质更加复杂。从颗粒颗粒颗粒水之间的相互接触变化到颗粒颗粒颗粒水颗粒气和水气，这种变化使得理解非饱和土的力学性质渗流性质及颗粒界面性质变得困难。为了更准确地掌握非饱和土的相关特性，国内外学者进行了许多试验和理论研究。通过引入土水特征曲线，使得认识非饱和土的行为特性变得更加直观和深刻。土水特征曲线通常被定义为土中基质吸力与重力含水量或体积含水量饱和度之间的关系。它能够反映土体的许多重要性质，如渗透性体变强度应力状态等。同时，作为解释非饱和土行为的项基本本构模型，土水特征曲线是将理论试验及预测方法有机结合的重要关系,也是构筑非饱和土各种重要关系的基础。因此，借助土水特征曲线研究非饱和土的相关性质具有重要的实践意义。目前，对非饱和土土水特征曲线的研究大都是基于试验基础开展的，通过试验获取种土体在不同含水量或饱和度条件下所对应的基质吸力或总吸力，然后对得到的系列离散数据点进行拟合分析，提出恰当的数学模型来描述非饱和土土水特征曲线。传统的测量土的吸力和相应的土水特征曲线的试验技术有很多种。其中，应用较为广泛的有基于轴平移技术的压力板法基于负孔隙水压力的张力计法及基于相对湿度量测的滤纸法等。但由于仪器设备和操作方法的限制，传统的测量方法存在试验精度低，测量范围窄，操作方式复杂，试验周期长，试验成本较高等不足。与此同时，上述非饱