膨润土细层天然毛细屏障的突破机理与性能分析及其在水资源保持中的应用

为解决水利工程中渗透控制难题，研究人员开展毛细屏障系统(CBS)研究，创新性采用压实膨润土作为细层材料，系统评估其突破响应机制及水力性能。实验测定土壤-水分特征曲线(SWCC)和导水率函数，发现膨润土塑性指数和粗层密度显著影响CBS储水能力与防渗效果，为农业灌溉、尾矿库防渗等应用提供新方案。

　　

这项突破性研究揭示了以膨润土为细层材料的天然毛细屏障系统(Capillary Barrier System, CBS)工作机制。通过精妙的实验室设计，科研人员首次全面解析了压实膨润土在CBS中的水力行为特征，包括其土壤-水分特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)和导水率函数(Hydraulic Conductivity Function)的量化关系。

创新性的一维柱实验系统评估了不同CBS配置下的关键参数：突破水头(Breakthrough Head)、突破时间、储水量及渗透速率。研究发现，膨润土的塑性指数(Plasticity Index)和粗层材料的压实密度共同决定了CBS系统的防渗效能。更有趣的是，当采用印度本土的不同粗粒土壤时，观察到全新的水分突破机制——这源于土层间吸力平衡的微妙变化。

现场试验数据证实，这种新型CBS结构在灌溉渠道衬砌、农业蓄水池和矿山尾矿库等场景中展现出卓越的持水性能。其防渗效果比传统设计提升显著，特别是在长期水压条件下仍能保持稳定性能。虽然当前结果令人振奋，但研究者强调仍需开展更长期的野外监测来验证其工程适用性。这项研究为可持续水资源管理提供了创新解决方案，其突破机理的发现也为多孔介质流体动力学研究开辟了新视角。