考虑接触角及粒径级配影响的土水特征曲线滞回模型

土水特征曲线描述了非饱和土中含水率(或饱和度)与基质吸力(或土水势)之间的关系.土水特征曲线存在滞回效应,即在相同的吸力下,土体在蒸发或重力排水的脱湿过程中赋存的水量比土体在入渗、毛细上升的增湿过程中所赋存的水量多.针对影响土水特征曲线滞回特性的两个关键因素——接触角及由颗粒粒径级配(孔隙分布)引起的墨水瓶效应,首先,基于势能最小原理采用数值模拟方法研究了斜面液滴行为,提出了增湿、脱湿过程微细观界面关键参数接触角与含水率的演化关系;其次,通过修正颗粒间液桥体积表达式,使Young-Laplace方程可用于计算w-lns平面上边界影响区、过渡区及部分残余区的基质吸力;最后,通过引入Rosin-Rammler颗粒粒径分布函数,建立了考虑接触角及粒径级配影响的土水特征曲线滞回模型,该模型参数物理意义明确,能够较好地描述接触角及颗粒粒径对土水特征曲线滞回特性的影响.以西安曲江某基坑压实黄土土水特征曲线为例进行模型验证,结果表明该模型能够很好地反映基质吸力与含水率的非线性关系,该模型可进一步用于非饱和土抗剪强度、本构模型等的研究.