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摘要：黄土作为特殊土之一，广泛分布于我国西北干旱半干旱地区。以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象，用变水头渗透仪测量原状黄土横向及竖向渗透系数，结果表明：原状黄土横向饱和渗透系数为竖向饱和渗透系数的3.51倍；原状黄土横向（竖向）基质吸力与体积含水率关系由压力板仪测得，结合横向（竖向）饱和渗透系数得到对应方向的非饱和渗透系数函数，结果表明：原状黄土渗透性的各向异性随着基质吸力的增大而降低。
关键词：原状黄土；渗透性；各向异性；微观结构
我国的黄土面积约有64×104km2，约占我国国土面积的72.4%。发生在这些地区的黄土湿陷、边坡失稳、土坝损坏等问题多与水在黄土中的渗流作用相关。因此，研究黄土的渗透性具有重要的工程意义。
1试验方案
1.1试验内容
试验所用黄土取自西安市碑林区某基坑，为Q3黄土。试验是在常温下进行的，不考虑温度对试验结果的影响。
（1）采用变水头渗透仪测量原状黄土的饱和渗透系数。
（2）采用压力板仪测定原状黄土基质吸力与体积含水率关系。
2 试验结果与分析
2.1 黄土-土水特性
图1为原状黄土不同方向基质吸力与体积含水率关系图。
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图1原状黄土体积含水率与基质吸力关系
压力板仪测得的基质吸力与含水率关系仅为土水特征曲线的一小部分。目前VG模型[3]被广泛用于描述土-水特征曲线：
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（1）
式中：ψ为吸力；θ为体积含水率；θr为残留含水率；θs 为准饱和含水率；α，m，n为优化参数，其中m=1−1/n。
VG模型对原状黄土不同方向的拟合结果θs=41.85%、θr=13.55%、α=0.0687、n=1.7156、R=0.996。其中R为根据拟合参数计算结果与实测结果的相关系数。
2.2饱和-非饱和渗透系数的确定
变水头渗透试验测得的原状黄土不同方向的饱和渗透系数为：横向渗透系数平均值5.82×10-5cm/s，竖向渗透系数平均值1.66×10-5cm/s。
把式（1）代入Mualem所提出的统计传导率模型，得到渗透系数函数kw（ψ）表达式：
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（2）
式中：ks为饱和渗透系数，其它参数含义同式（1）。
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图2原状黄土渗透系数与基质吸力关系
将原状黄土拟合结果、横向及竖向渗透系数平均值代入式（2）可得到原状黄土不同方向的渗透系数与基质吸力关系图2。
由图2可知：基质吸力为0KPa时，原状黄土横向渗透系数约为竖向渗透系数的3.5倍。当基质吸力由0KPa增加微小量时，原状黄土横向渗透系数及竖向渗透系数的减小量均很大。当基质吸力大于40KPa时，原状黄土横向非饱和渗透系数与竖向非饱和渗透系数的差别已很小。
3机理分析
试样的微观结构特性可以在一定程度上对试验结果作出解释。图3（a）为原状黄土试样横向放大300倍的微观结构，从图中可以发现该方向土颗粒骨架轮廓较清晰，胶结物质填充了大部分粒间孔隙。图3（b）为原状黄土试样竖向放大300倍的微观结构，从图中可以发现该方向胶结物很多，相互连结成块状，骨架颗粒被嵌埋，轮廓不清晰。同时图3（a）所示的粒间孔隙明显多于图3（b）所示的粒间孔隙。结合图3（a）图3（b）可以发现原状黄土颗粒排列呈明显层状。且黄土颗粒竖向排列比横向密实。进而使原状黄土的结构具有明显的各向异性。
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(a)原状黄土横向
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（b）原状黄土竖向
图3原状黄土微观结构
非饱和土中水的流动远比其在饱和土中的流动复杂。当土体由饱和状态变为非饱和状态时，土孔隙中的部分水被空气所替代，使孔隙中的过水断面减小，大孔隙进气后使流程的弯曲度增加，并有可能阻断流程，因而使土的渗透系数显著减小。
4结论
（1）饱和状态下，原状黄土横向渗透系数为竖向渗透系数的3.51倍，黄土渗透性的各向异性显著。
（2）在土体由饱和状态变为非饱和状态的初始阶段，即便基质吸力改变较小量，黄土渗透系数的减小量亦比较显著。黄土渗透性的各向异性随着基质吸力的增加而减弱。
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