CN112858140B - 一种准确测试土壤毛管水上升高度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准确测试土壤毛管水上升高度的方法。它包括如下步骤，步骤一：选取并平整试验场地，挖掘大试坑；步骤二：在大试坑中选取其中一个侧壁作为测试壁，挖掘小试坑；步骤三：摊铺塑料膜；步骤四：向试坑注水，模拟地下水位；步骤五：快速剥土后取样进行饱和度试验；步骤六：绘制饱和度～深度关系曲线图，确定土壤毛管水上升高度值。本发明具有测试成果准确，操作便捷的优点。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程勘察和土工试验技术领域，更具体地说它是一种准确测试土壤毛管水上升高度的方法，更具体地说它是一种通过模拟土体内潜水地下水位、采用剥土消除影响测试结果的不利因素、绘制饱和度～深度关系曲线图来获取土壤毛管水上升高度准确值的一项新方法。
背景技术
土壤毛管水上升高度是进行水库浸没评价的关键参数，对确定浸没范围和危害程度起控制作用，因此土壤毛管水上升高度测试成为水库工程地质勘察的重要工作。
目前，土壤毛管水上升高度测试一般采用现场试坑观察法、室内毛管仪法和经验公式法。现场试坑观察法缺少理论支持，试坑开挖后坑壁湿度易受气候影响，且观察力因人而异，只能作为参考。室内试验成果较精确，但现有的室内试验装置，其试验结果为基于负水头作用下的毛管水上升高度，是仅考虑毛细力而不考虑毛管水量的毛管水上升高度的最大值，大于水库浸没意义上的毛管水上升高度，因此，现有的室内试验结果相较于实际值偏大。经验法是根据颗粒级配采用公式估算，成果较粗糙，仅适用于浸没初步评价。
在水利水电工程实践中，如采用上述测试方法获取土壤毛管水上升高度进行浸没勘察，其结论与实际不符，相应防治方案或夸大或缩小。特别是基于看似精确的毛管水上升高度室内试验值，从诸多工程运行状态看，勘察预测的浸没范围和危害程度显著偏大，浪费了不必要的处理费用。因此，必须研究一项新方法准确测试土壤毛管水上升高度，以此作为水库浸没评价的基础依据。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种准确测试土壤毛管水上升高度的方法，通过模拟土体内潜水地下水位、采用剥土消除影响测试结果的不利因素、绘制饱和度～深度关系曲线图来获取土壤毛管水上升高度准确值，具有检测成果准确，操作便捷的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：选取并平整试验场地，挖掘大试坑；
步骤二：在大试坑中选取其中一个侧壁作为测试壁，挖掘小试坑；
步骤三：摊铺塑料膜；
步骤四：向试坑注水，模拟地下水位；
步骤五：快速剥土后取样进行饱和度试验；
步骤六：绘制饱和度～深度关系曲线图，确定土壤毛管水上升高度值。
在上述技术方案中，大试坑在平面上呈正方形结构，大试坑边长为100～150cm，便于施工且可尽量减少开挖工作量；大试坑在剖面上呈长方形结构，大试坑开挖深度与待测试土类有关，当待测试土为粉土时大试坑开挖深度可取100～150cm，当待测试土为黏性土时大试坑开挖深度可取150～250cm；与通常采用的现场试坑观察法相比，本发明在选取试验场地方面，更为简单、具有更大的自由度，不需要考虑大试坑必须揭露地下水位。
在上述技术方案中，步骤二中，测试壁可在开挖成型的大试坑四个坑壁中选取，在测试壁底部中间向内挖掘小试坑，大试坑的底板与小试坑的底板位置平齐；小试坑呈立方体结构，尺寸小于或等于20cm×20cm×20cm，便于施工且可尽量减少开挖工作量。
在上述技术方案中，步骤三中，在大试坑底板和四个坑壁(测试壁的小试坑断面除外)下部摊铺塑料膜，坑壁塑料膜摊铺高度高于底板30cm；摊铺塑料膜的目的是对大试坑进行防渗，只允许水向小试坑渗流；塑料膜应为一整体且不破损，与底板和坑壁紧贴，保证防渗效果。
在上述技术方案中，步骤四中，向摊铺有塑料膜的大试坑注水，注水过程应尽量缓慢，使水面平稳上升，亦不得影响坑壁稳定；注水水面高于大试坑底板20cm，与小试坑顶板平齐，保持这一水面高度基本不变，以此模拟土体中潜水的稳定水位。
在上述技术方案中，步骤五中，待小试坑土体充分饱水和土壤毛管水上升停止后，将小试坑以上的长方体土柱(如图1、图2中的阴影部分)予以剥离；剥土速度宜快(一次性连续完成剥土)，剥离方向自下而上，尽量减少气候条件改变测试壁湿度状态；在剥土形成的新鲜测试壁面上，自上而下采取含水率样品，采样位置间隔10cm，即在地表以下0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、……等位置分别取样，直至小试坑顶板；为工作方便，剥土前可将大试坑内积水抽吸干；饱和度在现场用检测仪器(如核子密度仪或其它仪器)进行快速试验，通过试验取得含水率和饱和含水率计算土的饱和度，不需另外送样进行专门室内试验。
在上述技术方案中，步骤五中，剥离的长方体土柱的尺寸与待测试土类有关，当待测试土为粉土时、剥离的长方体土柱的尺寸可取20cm×20cm×100cm，当待测试土为黏性土时、剥离的长方体土柱的尺寸可取20cm×20cm×200cm。
在上述技术方案中，步骤六中，根据取样位置深度和对应土样饱和度，绘制饱和度～深度的关系曲线图；根据农业部门研究，饱和度≥80％的土壤层已不利于农作物根系呼吸和生长，在饱和度～深度关系图上，饱和度80％对应的深度位置至水面之间的距离，就是土壤毛管水上升高度值Hk。
本发明具有以下有益效果：
(1)成果准确、可靠，以本方法取得的土壤毛管水上升高度作为依据，进行水库浸没预测评价与工程实际相符，相应的防治处理方案可兼顾经济性和安全性。
(2)操作便捷，试验场地选择无需考虑地下水位埋深，无需特殊材料和专门设备投入。
本发明为一种现场原位测试方法，测试结果为基于正水头作用下的毛管水上升高度，本发明通过其各步骤的依次实施，相互配合，从而获取土壤毛管水上升高度，测试准确度高、可靠(本发明实施例中的测试结果与当地农业科研部门提供数据基本一致)。
附图说明
图1为发明结构平面示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为本发明实施例利用准确测试土壤毛管水上升高度方法后饱和度～深度关系曲线图；
图4为本发明的工艺流程图。
图3中，横轴为饱和度，单位为％，向右为正方向；纵轴为深度，单位为米，向下为正方向。
图中1-塑料膜，2-小试坑，3-大试坑，3.1-测试壁。
图1和图2中的B均表示为取样位置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
实施例
现以本发明应用于西藏自治区境内拉洛水利枢纽配套灌区工程土壤毛管水上升高度的测试为实施例对比本发明进行详细说明，对本发明应用于其它区域的土壤毛管水上升高度的测试同样具有指导作用。
参阅附图可知：本实施例测试土壤毛管水上升高度的方法，包括如下步骤：
步骤一、选取并平整试验场地，挖掘大试坑3；大试坑3在平面上呈正方形结构，边长为150cm(如图1)；大试坑3在剖面上呈长方形结构，主要为粉土，开挖深度取120cm(如图2)；
步骤二、在大试坑3中选取其中一个侧壁作为测试壁3.1，挖掘小试坑2；测试壁3.1可在开挖成型的大试坑3的四个坑壁中选取，在测试壁3.1底部中间向内挖掘小试坑2(如图1、图2)，大试坑、小试坑底板位置平齐；小试坑2呈立方体结构，尺寸为20cm×20cm×20cm；
步骤三、摊铺塑料膜；
将塑料膜裁剪成一张完整正方形，尺寸(150+30×2)cm×(150+30×2)cm(塑料膜的尺寸根据大试坑3的尺寸而定，当大试坑3为其它尺寸时，塑料膜的尺寸同步调整至满铺大试坑3底板并延伸贴铺于坑壁下部30cm)；将塑料膜1紧贴于大试坑3的底板和四个坑壁，底板满铺，并延伸贴铺于坑壁下部30cm；将测试壁3.1上小试坑断面处的塑料膜裁去，裁去的塑料膜尺寸20cm×20cm×30cm；
步骤四、向大试坑3注水，模拟地下水位；
向摊铺有塑料膜的大试坑3缓慢注水，水位平稳上升，水面高于大试坑底板20cm，与小试坑2顶板平齐，保持这一水面高度基本不变，以此模拟土体中潜水的稳定水位，直至小试坑2土体充分饱水和土壤毛管水上升停止；
步骤五、快速剥土后取样进行饱和度试验；使用提桶将大试坑3内积水抽吸干，将小试坑2以上的长方体土柱(如图1、图2中的阴影部分)快速予以剥离，剥离方向自下而上，剥离的长方体土柱尺寸20cm×20cm×100cm(剥离的长方体土柱的尺寸根据待测试土类而定，剥离的长方体土柱的尺寸随待测试土类进行调整，剥离的长方体土柱与土类的粘性成正比)；在剥土形成的新鲜测试壁面上，自上而下采取含水率样品，采样位置间隔10cm(如图1、图2中的B)，直至小试坑2顶板；在现场用核子密度仪进行含水率试验，通过试验取得含水率和饱和含水率计算土的饱和度，以10cm的采样位置间隔，在地表以下0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m位置样品的饱和度分别为7.3％、11.9％、23.1％、46.3％、76.8％、83.2％、87.2％、91.7％、94.7％、99.9％。
步骤六、绘制饱和度～深度关系曲线图，确定土壤毛管水上升高度值(如图4所示)；根据取样位置深度和对应土样饱和度，绘制两者之间的关系曲线图(如图3所示)；横轴为饱和度，单位为％，向右为正方向；纵轴为深度，单位为米，向下为正方向；根据农业部门研究，饱和度≥80％的土壤层已不利于农作物根系呼吸和生长，在饱和度～深度关系图上，饱和度80％对应的深度位置至水面之间的距离，就是土壤毛管水上升高度值Hk；饱和度80％对应的深度为0.54m，模拟地下水位埋深1.0m，土壤毛管水上升高度值Hk＝1.0－0.54＝0.46m。
结论：本实施例所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，通过与常规采用的现场试坑观察法、室内毛管仪法和经验公式法相比较，本发明方法操作便捷，取得的毛管水上升高度值与当地农业科研部门提供数据基本一致，证明本发明所述测试土壤毛管水上升高度的方法准确度高、可靠。
为了能够更加清楚的说明本发明所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：
注：表中，成果准确率是以西藏自治区境内拉洛水利枢纽及配套灌区工程为例，与西藏日喀则市农业科学研究所提供的毛管水上升高度值进行对比的结果。
由上表可知，本发明所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法与现有技术相比，工作效率较高，施工安全可控，成本较低，取得的毛管水上升高度值准确率高。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (6)
1.准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：选取并平整试验场地，挖掘大试坑；
步骤二：在大试坑(3)中选取其中一个侧壁作为测试壁(3.1)，在测试壁上挖掘小试坑(2)；在测试壁(3.1)底部中间向内挖掘小试坑(2)；大试坑(3)的底板与小试坑(2)的底板平齐；小试坑(2)呈立方体结构，且尺寸小于或等于20cm×20cm×20cm；
步骤三：摊铺塑料膜(1)；在大试坑(3)的底板和四个坑壁上摊铺塑料膜(1)；
步骤四：向大试坑(3)注水，模拟地下水位；注水的水面高于大试坑(3)底板20cm、且与小试坑(2)顶板平齐；保持水面高度不变，模拟土体中潜水的稳定水位；
步骤五：快速剥土后取样进行饱和度试验；待小试坑(2)土体充分饱水以及土壤毛管水上升停止后，将小试坑(2)以上的长方体土柱予以剥离，自下而上快速剥土；在剥土形成的新鲜测试壁面上，自上而下采取含水率样品，直至达到小试坑(2)顶板；剥土前将大试坑(3)内积水抽吸干；通过试验取得含水率和饱和含水率计算土的饱和度；
步骤六：绘制饱和度～深度关系曲线图，确定土壤毛管水上升高度值；根据取样位置深度和对应土样饱和度，绘制取样位置深度和对应土样饱和度之间的关系曲线图；确定土壤毛管水上升高度值Hk为饱和度80％对应的深度位置至水面之间的距离。
2.根据权利要求1所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：在步骤一中，大试坑(3)在平面上呈正方形结构，边长为100～150cm；
大试坑(3)在剖面上呈长方形结构；大试坑(3)的开挖深度根据待测试土类确定：当待测试土类为粉土时，大试坑(3)的开挖深度取值为100～150cm；当待测试土类为黏性土时，大试坑(3)的开挖深度取值为150～250cm。
3.根据权利要求2所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：在步骤三中，大试坑(3)坑壁塑料膜(1)摊铺高度高于底板30cm；
塑料膜(1)与大试坑(3)的底板和坑壁紧贴。
4.根据权利要求3所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：步骤四中，向摊铺塑料膜(1)的大试坑(3)注水，注水过程缓慢，使水面平稳上升。
5.根据权利要求4所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：步骤五中，在地表以下间隔10cm位置分别取样，直至达到小试坑(2)顶板。
6.根据权利要求5所述的准确测试土壤毛管水上升高度的方法，其特征在于：步骤五中，饱和度在现场用检测仪器进行快速试验。
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