Page 47 - 水利学报2021年第52卷第3期

初始干密度为 1.55 g/cm 时（图 9），渗透函数曲线分层现象与图 8 类似，在相同轴向力作用下，各
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个剖面处渗透系数曲线的分层现象随着基质吸力增加而越发显著。当初始干密度增加到 1.65 g/cm 时
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（图 10），渗透系数曲线分层现象减弱。
对比图 8—10 中数据可知：（1）土体渗透系数随基质吸力的增加而减小；（2）不同测试截面处渗透
函数曲线出现分层现象，相同初始干密度条件下，随着轴向力的增加分层现象越发显著；（3）土体初
始干密度和轴向力越大，土体渗透系数越小。上述试验结果表明，轴向力作用下，由于土体和容器
间不可避免的摩擦力，土柱不同高度处的密度不同，导致不同剖面处测得的渗透系数函数不同；随
着土柱初始干密度的增加，试验中土柱干密度受到轴向力的作用逐渐减小，因而轴向力对非饱和土
渗透系数影响效果减小。该结果与湿润锋速率相
一致。
当湿润锋到达土柱底部，且至少 24 h 内出水

速率小于 1 g/h，认为土柱达到稳定渗流，由 Darcy
定律可得稳定渗透系数如图 11 所示。同一初始干
密度下，稳定渗透系数随轴向力增大而减小。例
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如 ， 初 始 干 密 度 为 1.40 g/cm 时，空载（即轴向力
为零）土样稳定渗透系数约为 9.36×10 m/s，是轴
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向 力 80 kPa 土 样 稳 定 渗 透 系 数 的 4.27 倍 。 另 外 ，
轴向力由 0 增大到 80 kPa 时，不同初始干密度土柱
图 11 土柱稳定渗透系数与轴向力关系曲线
的 稳 定 渗 透 系 数 趋 向 一 致 。 这 是 由 于 轴 向 力 越
大，加载后各个土柱的表层密实度大致相同，稳定渗流速率大小相近。
4.3 轴向位移 水-力耦合渗流试验中，对土柱施加轴向力，待变形稳定后，对土柱进行湿化。土柱
在轴向力和湿化共同作用下体积减小，产生轴向压缩，因此土柱轴向位移可分为湿化前位移和湿化
后位移两部分。

图 12 不同干密度下土柱湿化后位移随时间变化曲线
图 12 是湿化后位移随时间的变化。由图可知，在湿化
过程中，土柱轴向位移随时间的增加而增大，但增长速
率逐渐减小。在轴向力 p 恒定时，轴向变形随初始干密度
的增大而减小。当试件处于空载状态时，初始干密度为
3
3
1.40 g/cm 与 1.65 g/cm 的 土 柱 轴 向 变 形 之 比 约 为 147。 可
见，初始干密度越大，土柱越难压缩。另外，轴向力的增
加对湿化后位移也有显著影响。例如，在初始干密度为
3
1.40 g/cm 时，当轴向力由 0 kPa 增加至 80 kPa，轴向位移
增加了 22.97 mm。
在土柱湿化前，对土柱施加荷载，土柱变形通常在
较短时间内即达到稳定，因此仅记录湿化前的稳定位移 图 13 土柱湿化前后位移对比曲线

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