土壤水分特征曲线测定实验

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1、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Φwd与土壤中土水势Φws应该相等，即：Φwd＝Φws土水势的完整表述为：Φ=Φm+Φp+Φs+Φg+ΦT

2、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Φs相等。仪器内外温度相等，温度势ΦT相等。坐标0点选在陶土头中心，则陶土头中心的内外重力势Φg相等。这样仪器中和土壤中的总势平衡可表述为：Φmd＋Φpd＝Φms＋Φps式中，Φps为土壤水的压力势，Φms为土壤水的基质势，Φpd为仪器内自由水的压力势，Φmd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Φps应为零，又仪器中自由水无基质势存在，故Φmd亦为零，所以：Φms＝Φpd＝ΔPD+z式中，ΔPD为负压表显示的负压

3、值（小于0），z为埋藏在土中的陶土管中心与土面以上负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=－Φms＝－ΔPD－z如果负压表读数记为P（大于0，即P＝－ΔPD），则S=P－z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1.土样：粘土、砂壤土2.容重：1.3g/cm3、1.4g/cm33.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

4、力值，连成特征曲线。实验步骤与要求1.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γcVθg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θV，计算所需水的质量：2.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

5、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Mg。3.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Mt。然后将张力计插入，使陶土头与土样紧密结合。称重求得系统总的质量M1。4.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（

6、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。5.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M2，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。6.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一

7、、脱湿（砂壤土的数据选用2号罐，粘性土的数据选用8号罐）从上图可以看出粘土的进气值比砂土要大，在含水率减小时，粘土吸力值增加很快。相比而言，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）一、砂壤土的单点与脱湿实验数据对比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

8、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