基于VG模型確定土水特征曲線基本參數*

潘登麗 倪萬魁 苑康澤 張鎮飛 王熙俊

(長安大學地質工程與測繪學院， 西安 710054， 中國)

0 引 言

土水特征曲線(SWCC)反映了土中含水量(質量或者體積含水量)與吸力之間的關系(Sillers et al.，2001a，2001b)，可以由其估計非飽和土的其他工程特性，如滲透系數，抗剪強度和體變特性(Cook， 1991; Rao et al.，2011)。以往大量的研究已經提出了很多封閉形式的經驗模型來擬合SWCC數據點，提出的每一個經驗模型都能很好地擬合SWCC的減濕和增濕曲線(Fredlund， 2006)。其中，Genuchten(1980)提出的經驗公式是最常用的模型之一，如式(1)所示。

(1)

式(1)為飽和度形式表示的VG模型。式中，a，m，n為擬合參數；ψ為基質吸力(kPa)；S為飽和度。為了計算方便，可取m=1-1/n，此時VG模型演變為Mualem(1976)模型，只含有兩個參數，形式簡單，應用方便，是巖土工程文獻中常用的模型。

土水特征曲線的基本參數有進氣值ψaev，反彎點斜率Ki、殘余飽和度Sr和殘余吸力值ψr等，準確確定土水特征曲線基本參數是非飽和土強度、滲透性以及本構關系研究的基礎(高游等， 2017)。近年來針對SWCC的影響因素方面的研究比較普遍(賈寶新等， 2018； 石振明等， 2018； 李同錄等， 2019)，但是如何準確地確定SWCC基本參數的研究還較少。

目前對SWCC殘余飽和度Sr較為廣泛認可的定義是氣連通而水不連通時的飽和度，它在非飽和土水力、力學特性研究中有十分重要的位置。如在非飽和土強度預測方面(Bishop， 1959)，Bishop單應力狀態變量強度公式中，需要求解有效應力參數χ(0≤χ≤1)，而Vanapalli證明該參數可用有效飽和度Se(Se=(S-Sr)/(1-Sr))來代替，其中，Sr為殘余飽和度(Vanapalli et al.，1996)； 在非飽和土滲透系數的預測方面，殘余飽和度Sr直接或間接應用在很多非飽和滲透系數模型中，如CCG模型(Childs et al.，1950)、Burdine模型(Burdine， 1953)和Mualem模型(Mualem， 1976)。……