在高速公路填方路堤、填埋场防渗垫层、土质隧道与边坡等工程中,掌握水-力耦合条件下非饱和土体的渗流特性,对上述结构的安全设计及施工至关重要。然而,水-力耦合特性作为非饱和土区别于饱和土最为显著的特征,在现有研究中对水-力耦合条件下非饱和土变形和强度特性的关注较多,却鲜有研究者针对水-力耦合作用下非饱和土渗透系数演化规律进行深入探究。针对上述问题,研制了一套考虑水-力耦合作用的非饱和土渗流土柱试验装置,利用该装置,对强风化砂岩和砂质黄土开展了一系列水-力耦合作用下非饱和土渗流土柱试验研究,取得以下创新性成果:(1)开展了全吸力范围内强风化砂岩与砂质黄土的土-水特征曲线试验研究。采用张力计法、滤纸法与露点水势仪(WP4C)法相结合,分别对3种不同初始干密度的上述土体在不同吸力阶段的土-水特征曲线进行了试验测试,通过试验获取了强风化砂岩与砂质黄土全吸力范围土-水特征曲线,试验结果还进一步验证了土体初始干密度与进气值的正相关关系,即初始干密度越大,进气值越大。(2)自主开发研制了考虑水-力耦合效应的非饱和土渗透系数测量试验装置。详细分析了现有的非饱和土土柱试验装置设计的优缺点及适用性,在此基础上,研制了新型非饱和土渗流土柱试验装置,该实验装置包括装置框架、气动系统、量测系统和附属装置等4部分,可实现对土柱轴向荷载的控制,以及对土柱整体轴向变形以及土柱不同位置含水量的精准量测。(3)基于所研制的非饱和土土柱试验装置,采用“湿润锋前进法”开展了强风化砂岩和砂质黄土的系列渗流土柱实验。①针对完全干燥的强风化砂岩和砂质黄土,分别开展了不同初始干密度为1.40、1.54、1.60 g/cm3和1.40、1.55、1.65 g/cm3以及每一种初始干密度土样下竖向荷载分别为0、40和80 kPa条件下的土柱实验,实验结果表明:土柱体积含水率分布随着土柱深度的增加而逐渐减小;湿润锋速率的对数与时间对数呈现正比例关系;土柱干密度相同时,不同轴力作用下的土柱其湿润锋速率最后趋于相同;随着土柱干密度增大,不同轴力作用下的土柱湿化速率之间的差异减小;土柱不同剖面处渗透系数函数受到干密度和轴力双重作用影响;轴力越大,不同剖面处渗透系数函数差异性越大,干密度越大,不同剖面处渗透系数函数差异性越小;土柱轴向变形与轴力呈正相关关系,与干密度呈负相关关系。②针对具有天然含水量的砂质黄土,开展了初始干密度为1.40g/cm3,竖向荷载分别为0、40和80 kPa条件下的土柱实验,实验结果表明:土柱体积含水率分布随着土柱深度的增加而逐渐减小;湿润锋速率的对数与时间对数呈现正比例关系;不同轴力作用下的土柱其湿润锋速率最后趋于相同;轴力越大,不同剖面处渗透系数函数差异性越大;土柱轴向变形与轴力呈正相关关系;相较于干燥砂质黄土土柱,其湿化速率大幅度增加、最终稳定渗透系数大幅度增加、轴向变形大幅度减小。