第31卷第3期 霍丽娟,等:定水头法和降水头法测定黄土的饱和导水率所示。
h1-h2
Q=KSA
L
3
2
257
2 实验材料及实验装置
(1)
饱和导水率测定实验装置见图1.实验材料为某黄土地区的黄土介质(晚更新世Q3马兰黄土上段的轻亚黏土和亚黏土),在实验室内装入土柱,容重为1.375g/cm,土柱内径为4.5cm,观测段长度为21.5cm.并控制室温和水温在20 左右。
3
其中:Q 出流量,cm/s;KS 土壤饱和导水率,cm/s;A 土柱横截面积,cm;h1 测量段初始端水头压力,cm;h2 测量段末端水头压力,cm;L 测量段土柱长度,cm.
根据式(1),得定水头条件下饱和导水率的计算公式为:
KS=
A(h1-h2)
1.2 降水头法
降水头法同样采用图1所示的实验装置,首先将阀门打开,待土柱出流稳定后,将阀门关闭。此时,测压管1成为土柱的供给水来源。
根据式(1),假定水头损失主要是通过多孔截至造成的。在观测管的开口部分及样品管,应用连续性原则,有:
Q=-a
3
3 实验结果及数据分析
3.1 定水头法与降水头法结果比较
将图1中的阀门打开,待出流稳定后,先进行定水头实验。然后将阀门关闭,进行降水头实验。并将实验结果绘制成图,如图2所示。定水头法测得该介质的饱和导水率平均为1.09339 10cm/s.
-5
(2)
cm/s;降水头
-5
法测得该介质的饱和导水率平均为1.36842 10
dh1
dt
(3)
其中:Q 出流量,cm/s;a 测压管横截面积,cm;t 时间,s.
在多孔介质与观测管之间使用连续性假设,进水流量与出水流量相等,根据式(1)和式(3)有:
KSAdh1
(h1-h2)=-aLdt
(4)
图2 饱和导水率实验测定结果
Fig.2Experimentresultsofsaturatedhydraulic
conductivitymeasuring
2
如果在降水头过程中测量段出口处水头不变(在观测管水头降到其以下之前),即在此过程中,h2保持不变,则有:
-KSAdh1
dt=aLh1-h2
(5)
从图2中可以看出,虽然采用了相同的实验介质,但分别运用定水头法和降水头法两种不同的实验方法,其实验结果也有所区别。
定水头法测得的土壤饱和导水率要比降水头法测得的土壤饱和导水率小些。这可能是因为未考虑到观测土柱段内的相具有一定的空间变化范围。运用降水头法时,在有一定长度的土柱中,水势的变化并不是各处同时变化的,也就是说,土柱中的水势坡降不为常数,因土柱内有一定的压缩性,形成一定程度的缓冲,在土柱测量段末端,水势的变化具有一定的滞后性,表现为出口处水分由于惯性保持相对较大的出流量;而土柱测量段的初始端,水势变化明显。最终由于出口处实际出流量偏大,致使降水头法饱和导水率的计算结果较定水头法偏大。
另外,由于降水头法的在测量后期,由于测压
设对式(5)两边同时积分,有:
-kSAt2
t|t1=ln(h1,t2-h2)-ln(h1,t1-h2)(6)aL
其中:h1,h1 t1时刻的h1值,cm;h1,t2 t2时刻的h1值,cm;
令h1,t1-h2= h(t1),h1,t2-h2= h(t2),则有:
KSA h(t1)
(t2-t1)=aL h(t2算公式为:
S
(7)
根据式(7),得降水头条件下饱和导水率的计
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