非饱和毛细渗透模型综述

非饱和毛细渗透模型综述

欧阳凯文秦天天

（1.同济大学上海200092）

（2.山东省东营市垦利区国土资源局山东东营257000）

【摘要】非饱和土广泛存在于自然界中，其中的水分运移常引发各种工程地质问题，非饱和渗透理论应运而生。但非饱和条件下渗透系数的测定较为复杂，需建立非饱和渗透模型，对非饱和渗透系数进行预测。本文整理了较为常用的非饱和毛细渗透模型，并对其优缺点进行了分析。

【关键词】非饱和渗透；土水特征曲线；毛细作用

【中图分类号】TU44【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）10-0246-03

1.引言

岩土工程实践中，常遇到处于非饱和状态的土。在这一状态下，土中水分多少的变化会导致一系列工程地质问题，如膨胀土地基变形等。建立合理的模型描述此条件下土体中的水分迁移规律，具有较大的理论和实际意义。

试验结果表明，非饱和条件下，土中水分的迁移仍然遵循达西定律，即满足式（1）。

（1）

非饱和条件下，式（1）中的渗透系数kW对于同一种土并非常数，而是随着土中含水量（吸力）的变化而急剧变化。因此，确定不同含水量（吸力）条件下非饱和土体的渗透系数，是分析非饱和土中渗流场的重要前提。

测定土体非饱和渗透系数的试验方法对试验非常复杂，前人提出了多种非饱和渗透模型，本文选取其中最具有代表性的一类：非饱和毛细渗透模型，对其理论基础以及优缺点进行了分析和评价，给出了对下一步研究的建议。

2.毛细渗透模型原理

毛细渗透模型中，假设土中孔隙为一系列不同孔径的毛细管，认为毛细管按照孔径由小到大开始浸润（脱湿相反），满足毛细定律，

该模型的理论较为完备，可由土水特征曲线预测相对渗透系数，形式简单，便于进行扩展。Huang等在其基础上进行改进，考虑孔隙比的影响，分别对饱和渗透系数以及非饱和渗透系数进行修正，得到了不同干密度下的非饱和渗透系数模型。

4.VG-Mualem模型及相关模型

VG-Mualem模型[4]是是目前非饱和土力学领域应用最广泛的非饱和渗透模型之一，这一模型由Mualem模型[2]改进而来。Mualem模型考虑了不同尺寸孔隙之间的连通概率，引入了一个孔隙分布函数，同样基于Burdine的迂曲度修正方法，通过积分求取相邻两个截面间的渗流，得到了如下形式的非饱和渗透系数模型：

式中，b=ln(106)

该模型考虑了全含水量范围内的土水特征曲线，不需要确定土的残余含水量，参数较少，但形式较为复杂。

Zhou,Yuen在FX模型的基础上，对SWCC模型进行干密度修正，代入（15）中，获取了考虑干密度的非饱和渗透模型。

6.结语

可以看出，不同毛细渗透模型的建立过程具有相似性。该类模型具有充分的理论支撑；可简化为简洁的相对渗透系数函数，或是通过修正参数推广到考虑应力（体变）或温度的情形。但其假设高度概化，与实情况不完全相符，存在一定的误差。开展非饱和渗透过程中机理的研究，从孔隙流体的运动入手，从理论上发展非饱和渗透模型应该是下一步研究的一个重点。

参考文献

[1]BrooksRH,CoreyAT.HydraulicPropertiesofPorousMedia.McGill-Queen'sUniversityPress,1964,352-366.

[2]MualemY.WaterResourcesResearch,1976,12(3):513-522.

[3]FredlundDG,XingA,HuangS.InternationalJournalofRockMechanics&MiningScience&GeomechanicsAbstracts,1995,32(32):159A.

[4]GenuchtenM.SoilScienceSocietyofAmericaJournal,1980.

作者简介：1.欧阳凯文（1992—），男，汉族，湖南益阳人，在读硕士研究生，研究方向：非饱和土力学。

2.秦天天（1986-），女，汉族，山东垦利人，硕士研究生，山东省东营市垦利区国土资源局。