1、土壤水分特征曲線測定實驗實驗原理張力計插入土樣后，張力計中的純自由水經(jīng)過陶土壁與土壤水建立了水力聯(lián)系。在非飽和土壤中，儀器中的自由水的勢值總是高于土壤水的勢值，因此，儀器中的自由水就會透過陶土管進入土壤，但因陶土材料孔隙細小，孔隙中形成的水膜不能使空氣通過，而只能讓水或溶質(zhì)液通過（但如果壓力過高水膜破裂，空氣就會透過，這時的壓力稱為透氣值），因而在儀器內(nèi)形成一定的真空度，由儀器上的負壓表讀出。最后當儀器內(nèi)外的勢值趨于平衡時，儀器中水的總水勢wd與土壤中土水勢ws應(yīng)該相等，即：wdws土水勢的完整表述為：=m+p+s+g+T因為陶土管為多孔透水材料，并非半透膜，故溶質(zhì)也能通過，最后達到內(nèi)外溶液濃

2、度相等，內(nèi)外溶質(zhì)勢s相等。儀器內(nèi)外溫度相等，溫度勢T相等。坐標0點選在陶土頭中心，則陶土頭中心的內(nèi)外重力勢g相等。這樣儀器中和土壤中的總勢平衡可表述為：mdpdmsps式中，ps為土壤水的壓力勢，ms為土壤水的基質(zhì)勢，pd為儀器內(nèi)自由水的壓力勢，md為儀器內(nèi)自由水的基質(zhì)勢。在非飽和土壤中，土壤水所受的壓力為大氣壓（基準狀態(tài)），故ps應(yīng)為零，又儀器中自由水無基質(zhì)勢存在，故md亦為零，所以：mspdPD+z式中，PD為負壓表顯示的負壓值（小于0），z為埋藏在土中的陶土管中心與土面以上負壓表之間的靜水壓力即水柱高，（向上為正，大于0）。即可得到土壤水的基質(zhì)勢。按定義土壤水吸力為基質(zhì)勢的負值，因而即可

3、測得吸力值。S=msPDz如果負壓表讀數(shù)記為P（大于0，即PPD），則S=Pz另外，在計算土樣中水分的變化時，還應(yīng)考慮集氣管中水分的變化量。實驗內(nèi)容與設(shè)計1. 土樣：粘土、砂壤土 2. 容重：1.3g/cm3 、1.4g/cm3 3. 方式： 脫濕：配置飽和土樣，在室內(nèi)自然蒸發(fā)，測定整個過程中土壤含水率與吸力關(guān)系曲線。 單點：用16個土樣，分別配置指定含水率，測定該含水率下的吸力值，連成特征曲線。 實驗步驟與要求1. 計算（1） 給定初始值如下表格，計算裝滿試樣罐需要的土樣質(zhì)量（g）：項 目干容重罐體積初始質(zhì)量含水率表達式cVg單 位g/cm3cm3%數(shù) 值待定待定待定（2） 配置土樣到預(yù)期體

4、積含水量V，計算所需水的質(zhì)量：2. 土樣的裝填先在試樣罐底部鋪上一層普通濾紙，然后將稱好的土樣分次分層地裝入罐中，一般分為6層裝填，每次裝入1/6總質(zhì)量的土樣，鋪平后用直徑比試樣罐稍小的擊錘夯實土樣，夯實的遍數(shù)以能達到要求的密度為準（每次將裝入的土夯實到1/6土柱高度）。應(yīng)該注意周邊土壤的夯實(常不能夯實，故除了擊錘夯實外，還用棍棒進行搗實。每層土樣之間要進行“打毛”，保證層間結(jié)合良好。填裝完畢后，刮平土壤表面，蓋上罐蓋，稱重，準確求得實際罐中土樣的質(zhì)量Mg。3. 安裝張力計在試樣罐的中心先用小土鉆鉆一土孔，孔徑略小于陶土頭直徑。然后稱重，準確求得罐中最后土樣的質(zhì)量Mt。然后將張力計插入，使陶

5、土頭與土樣緊密結(jié)合。稱重求得系統(tǒng)總的質(zhì)量M1。4. 配置預(yù)期含水量1）單點將預(yù)先求得的水量，2/3倒入盛水容器中，將系統(tǒng)放入其中，再將水量的1/3從系統(tǒng)上部慢慢灌入試樣罐，然后將罐口用膠布封閉，靜置系統(tǒng)，讓其慢慢吸水、滲水、均勻。2）脫濕將系統(tǒng)至于盛水容器中，容器的中的水面盡量接近土罐上沿（確保不能漫過土罐），讓其慢慢吸水、均勻，靜置1天，土樣基本可達到飽和。5. 觀測讀數(shù)、稱量與燒干法測量含水率1）單點：一天后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定，觀測負壓表讀數(shù)，并將讀數(shù)單位轉(zhuǎn)換為cm水柱高度。稱量系統(tǒng)總重M2，計算出此時土樣的含水率。再用烘干法與燒干法（可選）測定水分含量進行校驗2） 脫濕：將飽和后的系統(tǒng)拿出，

6、擦干土罐表面，稱重，計算出飽和含水率，然后將罐蓋打開，放在系統(tǒng)置放槽上，每天讀一次數(shù)據(jù)。直到負壓表的讀數(shù)接近最大量程。6. 清洗實驗儀器清洗實驗過程中使用的儀器，并將土樣罐中的土樣取出，放于指定位置。數(shù)據(jù)記錄表（見附件）土壤水分特征曲線繪制與分析一、 脫濕（砂壤土的數(shù)據(jù)選用2號罐，粘性土的數(shù)據(jù)選用8號罐）從上圖可以看出粘土的進氣值比砂土要大，在含水率減小時，粘土吸力值增加很快。相比而言，砂土透水性比較高，因此吸收耗散水分比較快，脫濕相對比較容易（外界需要提供的能量低），因此在含水率稍微降低的情況下粘土的吸力變化更為明顯。二、 單點單點的數(shù)據(jù)整體趨勢與脫濕實驗相同，但是數(shù)據(jù)點跳動比較大，每組的實

7、驗過程可能有微小差別，導(dǎo)致數(shù)據(jù)離散程度比較大（在下面單點與脫濕對比中可以看出）三、 砂壤土的單點與脫濕實驗數(shù)據(jù)對比砂土的透水性比較好，因此二者的數(shù)據(jù)相差不大，在含水率較低時二者出現(xiàn)偏差，在相同低含水率條件下，脫濕實驗測得的吸力值較小，我認為主要原因是單點實驗中土的含水率分布不均勻，導(dǎo)致局部含水率比整體平均含水率小，因而吸力值偏大；相比而言脫濕實驗蒸發(fā)緩慢，含水率分布較為均勻。四、 粘土的單點與脫濕實驗數(shù)據(jù)對比從上圖可以看出，粘土的脫濕實驗與單點實驗數(shù)據(jù)對比比較大，主要原因還是粘土的透水性差，排水不暢，直接導(dǎo)致進行單點實驗時在整體低含水率情況下吸力值偏大，有滯后現(xiàn)象。土壤水分特征曲線數(shù)據(jù)擬合一、

8、 砂壤土脫濕過程擬合采用Excel自帶的趨勢線分析，設(shè)擬合公式為，對于2#結(jié)果是：（S單位為cbar），其中。擬合效果較好。如果采用來擬合，結(jié)果為，其中，盡管擬合相關(guān)度更高，但是擬合式比較復(fù)雜，不建議使用后者。對于1#罐，擬合結(jié)果為，可以看出1#罐和2#罐擬合公式相差不大（這兩個土樣均為砂土，容重相等）對于3#罐，容重為1.3，擬合結(jié)果為，。對比這三個土樣，可以看出容重只影響擬合關(guān)系式前面的系數(shù)，對于指數(shù)項基本無影響，也就是對曲線基本形狀無影響。二、 粘土脫濕過程擬合采用Excel自帶的趨勢線分析，設(shè)擬合公式為，結(jié)果是：（S單位為cbar），其中，擬合效果很差，即使采用線性擬合，因此考慮換用其

9、他經(jīng)驗公式?？紤]使用經(jīng)驗擬合公式，初始飽和含水率為0.3954，采用3維擬合，得到擬合結(jié)果為，其中，效果還可以。對比1#罐的擬合結(jié)果，三個待求參數(shù)相差比較大。問題和思考一、 實驗誤差分析1. 脫濕實驗脫濕實驗總共兩種土樣，每種土樣4個土罐，我們組負責的是2#罐，數(shù)據(jù)與1#罐相差不大，二者進行經(jīng)驗公式擬合后指數(shù)項完全一致，系數(shù)項相差很小，但是3#罐數(shù)據(jù)誤差很大，4#罐開始后不到幾天就因為張力計沒插好，最后報廢了。在拆土罐時，3#罐的張力計很輕松就拔出來了，罐內(nèi)的土樣與罐壁也直接分離。因此最終能用的數(shù)據(jù)僅有1、2號罐。在整個脫濕實驗中，產(chǎn)生誤差最大的環(huán)節(jié)在于儀器組裝，張力計的微小偏離可能導(dǎo)致陶土頭與土樣接觸不是很好，或者是陶土頭直接與外界大氣聯(lián)通，這樣產(chǎn)生的誤差一般比較大。另外一個誤差在于裝填土樣過程中的鑿毛，有的土罐鑿毛處理不是很好，在拆土罐時土樣分層脫落，在罐壁上可以看見很明顯的分層，這樣的話在連接面處土樣性質(zhì)（主要是孔隙比）會產(chǎn)生突變，從而導(dǎo)致飽和含水率分布不均勻。2. 單點試驗二、 實驗改進意見（僅針對脫濕實驗）這次脫濕實驗做的時間比較長，負壓表讀數(shù)下降很慢，僅僅從時間上考慮，可以采用多種方式加快水分蒸發(fā)，比如吹風、加熱（加熱溫度不能太高，避免蒸發(fā)不均勻）等。4#罐張