非飽和土水特征關(guān)系是描述土體中吸力與含水量的關(guān)系曲線，是分析非飽和土滲流、污染物遷移、降雨邊坡穩(wěn)定性等問題不可缺少的重要本構(gòu)關(guān)系，一直是非飽和土土力學(xué)中研究的熱點(diǎn)問題。由于土體孔隙介質(zhì)的復(fù)雜性，土水特征關(guān)系具有水力滯回、殘余含氣量等特性，即含水量與吸力并非單調(diào)關(guān)系；此外，即使在正孔隙水壓力條件下，土體中仍然可存在殘留的非浸濕相（如氣體）。傳統(tǒng)上建立的土水特征關(guān)系模型較少考慮水力滯回效應(yīng)，一些考慮水力滯回影響的土水特征關(guān)系模型由于參數(shù)較多，確定掃描曲線的迭代計(jì)算復(fù)雜，未被廣泛采用。到目前為止，仍然沒有建立能夠描述正孔隙水壓力（負(fù)基質(zhì)吸力）范圍內(nèi)的土水特征關(guān)系數(shù)學(xué)模型。

　　為解決以上問題，武漢巖土所韋昌富研究團(tuán)隊(duì)與美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)Lu Ning教授聯(lián)合攻關(guān)，在深刻揭示正孔隙水壓力環(huán)境下孔隙介質(zhì)水力滯回效應(yīng)內(nèi)在機(jī)制的基礎(chǔ)上，基于內(nèi)變量理論，建立了一個(gè)能夠描述正負(fù)孔隙水壓力范圍內(nèi)的廣義土水特征關(guān)系模型。除土水特征關(guān)系脫吸濕邊界線以外，模型僅引入一個(gè)參數(shù)，便可簡便地獲得正負(fù)孔壓區(qū)域滯回圈內(nèi)的任意掃描線。通過與實(shí)測數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證了模型的可靠性。進(jìn)一步將該模型成功地應(yīng)用于油氣驅(qū)體過程中正負(fù)壓力下土水特性的準(zhǔn)確預(yù)測，表明提出的模型在油氣二次開采過程中進(jìn)行油氣產(chǎn)量的預(yù)測與評估方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

    本研究得到國家自然科學(xué)基金(No. 41877269)和中國科學(xué)院訪問學(xué)者計(jì)劃的資助，相關(guān)成果發(fā)表于《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》。

　　論文鏈接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29GT.1943-5606.0002184

圖1 廣義土水特征關(guān)系模型示意圖

圖2 模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)對比

圖3 油氣驅(qū)替過程中土水特性的預(yù)測與實(shí)測結(jié)果對比

（文/圖 土動(dòng)力學(xué)組）