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(xiàn)，是分析非飽和土滲流、污染物遷移、降雨邊坡穩定性等問(wèn)題不可缺少的重要本構關(guān)系，一直是非飽和土土力學(xué)中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于土體孔隙介質(zhì)的復雜性，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）。傳統上建立的土水特征關(guān)系模型較少考慮水力滯回效應，一些考慮水力滯回影響的土水特征關(guān)系模型由于參數較多，確定掃描曲線(xiàn)的迭代計算復雜，未被廣泛采用。到目前為止，仍然沒(méi)有建立能夠描述正孔隙水壓力（負基質(zhì)吸力）范圍內的土水特征關(guān)系數學(xué)模型。

　　為解決以上問(wèn)題，武漢巖土所韋昌富研究團隊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)水力滯回效應內在機制的基礎上，基于內變量理論，建立了一個(gè)能夠描述正負孔隙水壓力范圍內的廣義土水特征關(guān)系模型。除土水特征關(guān)系脫吸濕邊界線(xiàn)以外，模型僅引入一個(gè)參數，便可簡(jiǎn)便地獲得正負孔壓區域滯回圈內的任意掃描線(xiàn)。通過(guò)與實(shí)測數據的對比驗證了模型的可靠性。進(jìn)一步將該模型成功地應用于油氣驅體過(guò)程中正負壓力下土水特性的準確預測，表明提出的模型在油氣二次開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)行油氣產(chǎn)量的預測與評估方面具有潛在的應用價(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(fǎng)問(wèn)學(xué)者計劃的資助，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 模型預測結果與實(shí)測數據對比

圖3 油氣驅替過(guò)程中土水特性的預測與實(shí)測結果對比

（文/圖 土動(dòng)力學(xué)組）