土壤水分特征曲线测定实验

土壤水分特征曲线测定实验实验原理张力计插入土样后，张力计中的纯自由水经过陶土壁与土壤水建立了水力联系。在非饱和土壤中，仪器中的自由水的势值总是高于土壤水的势值，因此，仪器中的自由水就会透过陶土管进入土壤，但因陶土材料孔隙细小，孔隙中形成的水膜不能使空气通过，而只能让水或溶质液通过（但如果压力过高水膜破裂，空气就会透过，这时的压力称为透气值），因而在仪器内形成一定的真空度，由仪器上的负压表读出。最后当仪器内外的势值趋于平衡时，仪器中水的总水势0wd与土壤中土水势0WS应该相等，即：0wd=0WS土水势的完整表述为：0=0m+0p+0S+0g+0T因为陶土管为多孔透水材料，并非半透膜，故溶质也能通过，最后达到内外溶液浓度相等，内外溶质势0S相等。仪器内外温度相等，温度势0相等。坐标0点选在陶土头中心，则陶T土头中心的内外重力势0g相等。这样仪器中和土壤中的总势平衡可表述为：0md+0pd=0ms+0ps式中，0pS为土壤水的压力势，0mS为土壤水的基质势，0pd为仪器内自由水的压力势，0md为仪器内自由水的基质势。在非饱和土壤中，土壤水所受的压力为大气压（基准状态），故0PS应为零，又仪器中自由水无基质势存在，故0md亦为零，所以：0ms=0pd=AP+zD式中，△P为负压表显示的负压值（小于0）,z为埋藏在土中的陶土管中心与土面以上负D压表之间的静水压力即水柱高，（向上为正，大于0）。即可得到土壤水的基质势。按定义土壤水吸力为基质势的负值，因而即可测得吸力值。S=—0ms=—AP—zD如果负压表读数记为P（大于0,即P=—△P），则S=P—zD另外，在计算土样中水分的变化时，还应考虑集气管中水分的变化量。实验内容与设计土样：粘土、砂壤土容重：1.3g/cm3、1.4g/cm3方式：脱湿：配置饱和土样，在室内自然蒸发，测定整个过程中土壤含水率与吸力关系曲线。单点：用16个土样，分别配置指定含水率，测定该含水率下的吸力值，连成特征曲线。实验步骤与要求计算（1）给定初始值如下表格，计算装满试样罐需要的土样质量g）:项目干容重罐体积初始质量含水率表达式YC,Veg单位g/cm3cm3%数值待定待定待定（2）配置土样到预期体积含水量e，计算所需水的质量：V土样的装填先在试样罐底部铺上一层普通滤纸，然后将称好的土样分次分层地装入罐中，一般分为6层装填，每次装入1/6总质量的土样，铺平后用直径比试样罐稍小的击锤夯实土样，夯实的遍数以能达到要求的密度为准（每次将装入的土夯实到1/6土柱高度）。应该注意周边土壤的夯实（常不能夯实），故除了击锤夯实外，还用棍棒进行捣实。每层土样之间要进行“打毛”，保证层间结合良好。填装完毕后，刮平土壤表面，盖上罐盖，称重，准确求得实际罐中土样的质量M。g安装张力计在试样罐的中心先用小土钻钻一土孔，孔径略小于陶土头直径。然后称重，准确求得罐中最后土样的质量M。然后将张力计插入，使陶土头与土样紧密结合。称重求得系统总t的质量M。1配置预期含水量1）单点将预先求得的水量，2/3倒入盛水容器中，将系统放入其中，再将水量的1/3从系统上部慢慢灌入试样罐，然后将罐口用胶布封闭，静置系统，让其慢慢吸水、渗水、均匀。2）脱湿将系统至于盛水容器中，容器的中的水面尽量接近土罐上沿（确保不能漫过土罐），让其慢慢吸水、均匀，静置1天，土样基本可达到饱和。观测读数、称量与烧干法测量含水率1）单点：一天后，系统达到稳定，观测负压表读数，并将读数单位转换为cm水柱高度。称量系统总重M，计算出此时土样的含水率。再用烘干法与烧干法（可选）测定水2分含量进行校验2）脱湿：将饱和后的系统拿出，擦干土罐表面，称重，计算出饱和含水率，然后将罐盖打开，放在系统置放槽上，每天读一次数据。直到负压表的读数接近最大量程。清洗实验仪器

清洗实验过程中使用的仪器，并将土样罐中的土样取出，放于指定位置。数据记录表（见附件）土壤水分特征曲线绘制与分析脱湿（砂壤土的数据选用2号罐，粘性土的数据选用8号罐）砂土透水性比较高，因此吸收—耗散水分比较快，脱湿相对比较容易（外界需要提供的能量低）因此在含水率稍微降低的情况下粘土的吸力变化更为明显。二、单点

单点的数据整体趋势与脱湿实验相同，但是数据点跳动比较大，每组的实验过程可能有微小差别，导致数据离散程度比较大（在下面单点与脱湿对比中可以看出）砂土的透水性比较好，因此二者的数据相差不大，在含水率较低时二者出现偏差，在相同低含水率条件下，脱湿实验测得的吸力值较小，我认为主要原因是单点实验中土的含水率分布不均匀，导致局部含水率比整体平均含水率小，因而吸力值偏大；相比而言脱湿实验蒸发缓慢，含

水率分布较为均匀。粘土的单点与脱湿实验数据对比四、从上图可以看出，粘土的脱湿实验与单点实验数据对比比较大，主要原因还是粘土的透水性差，水率分布较为均匀。粘土的单点与脱湿实验数据对比四、从上图可以看出，粘土的脱湿实验与单点实验数据对比比较大，主要原因还是粘土的透水性差，排水不畅，直接导致进行单点实验时在整体低含水率情况下吸力值偏大，有滞后现象。土壤水分特征曲线数据拟合砂壤土脱湿过程拟合采用Excel自带的趋势线分析，设拟合公式为S=Ax9b,对于2#结果是:S=0.6159-a（S单位为cbar），其中R2=0.9725。拟合效果较好。如果采用S= —来拟合，结果为S= s ，其中R2=0.988，尽管拟合9m 90.551相关度更高，但是拟合式比较复杂，不建议使用后者。对于1#罐，拟合结果为S=0.6249-1.833，r2=0.973，可以看出1#罐和2#罐拟合公式相差不大（这两个土样均为砂土，容重相等，对于3#罐，容重为1.3，拟合结果为S=0-7499-1'835，R2=0-9718。对比这三个土样，可以看出容重只影响拟合关系式前面的系数，对于指数项基本无影响，也就是对曲线基本形状无影响。二、粘土脱湿过程拟合采用Excel自带的趋势线分析，设拟合公式为S=Ax9b,结果是：s=1E-59-叱（S单位为cbar），其中R2=0.84，拟合效果很差，即使采用线性拟合，R2=0.9827，因此考虑换用其他经验公式。考虑使用经验拟合公式S=A9-9）",初始饱和含水率为0.3954，采用3维拟合，9m8161（9-9）1.508得到拟合结果为S= （s），其中R2=0.9713，效果还可以。对比1#罐92.495的拟合结果，三个待求参数相差比较大。问题和思考一、 实验误差分析脱湿实验脱湿实验总共两种土样，每种土样4个土罐，我们组负责的是2#罐，数据与1#罐相差不大，二者进行经验公式拟合后指数项完全一致，系数项相差很小，但是3#罐数据误差很大，4#罐开始后不到几天就因为张力计没插好，最后报废了。在拆土罐时，3#罐的张力计很轻松就拔出来了，罐内的土样与罐壁也直接分离。因此最终能用的数据仅有1、2号罐。在整个脱湿实验中，产生误差最大的环节在于仪器组装，张力计的微小偏离可能导致陶土头与土样接触不是很好，或者是陶土头直接与外界大气联通，这样产生的误差一般比较大。另外一个误差在于装填土样过程中的凿毛，有的土罐凿毛处理不是很好，在拆土罐时土样分层脱落，在罐壁上可以看见很明显的分层，这样的话在连接面处土样性质（主要是孔隙比）会产生突变从而导致饱和含水率分布不均匀。单点试验二、 实验改进意见（仅针对脱湿实验）这次脱湿实验做的时间比较长，负压表读数下降很慢，仅仅从时间上考虑，可以采用多种方式加快水分蒸发，比如吹风、加热（加热温度不能太高，避