引言
土壤是一种天然亲水且高渗透性的地质材料，其水力特性显著影响岩土结构的长期性能和运营安全。日益频繁的极端降雨使水分入渗成为铁路路基变形、边坡失稳和冻胀的重要诱因 (Kong et al., 2023, Naqvi et al., 2025, Rahimi et al., 2010, Zheng et al., 2024)。水分侵入降低了基质吸力，削弱了非饱和土的有效粘聚力和内摩擦力，从而损害结构稳定性 (Gao et al., 2023, Tao et al., 2024)。因此，提高土壤不透水性对于减轻水致损伤至关重要。近年来，使用在颗粒表面形成防水膜的硅烷类试剂进行疏水改性，已成为调节土壤水力行为的有效方法 (Karatza et al., 2021, Lin et al., 2024, Uduebor et al., 2023, Zhou et al., 2022)。通过降低表面能，这种处理抑制了毛细上升并降低了渗透性，在路基防水、边坡稳定和土遗址保护方面具有潜在应用 (Lee et al., 2015, Lin et al., 2024, Zhang et al., 2021, Zheng et al., 2017, Zhou et al., 2022, Zhu et al., 2021)。
在非饱和条件下，水力传导率是状态依赖的，并随基质吸力和含水量显著变化 (Hu et al., 2021, Leung et al., 2016, Nguyen et al., 2022, Watson, 1966)。这种依赖性在疏水土壤中尤为重要，因为表面改性改变了固 - 水接触条件、毛细管入口、弯月面形态和孔隙水连续性 (Diamantopoulos et al., 2013, Gao and Yang, 2023, Huang et al., 2025, Karatza et al., 2021, Moret-Fernández and Latorre, 2023, Zhou et al., 2021)。疏水土壤的水力行为通常使用接触角、水滴渗透时间、入渗率、水分保持曲线和饱和水力传导率来评估。尽管这些指标表征了润湿性、入水、保持行为和饱和流，但它们不能完全描述非饱和渗流期间遇到的水力状态下的水传输。憎水性也可能随含水量和湿润状态而变化 (Gao and Yang, 2023, Yang et al., 2026)。在相对干燥的条件下，它可以限制水分进入，而局部湿润可能改变有效润湿性并重新分布活跃的水力传导路径，这种耦合使疏水土壤的水力屏障行为复杂化。在瞬态渗流过程中连续实验测定吸力依赖的水力传导率仍然具有挑战性。
非饱和水力传导率可以通过稳态试验测定，或通过土壤 - 水保持数据间接预测、瞬态入渗的反分析或瞬态剖面法确定。稳态测量要求在一系列规定的吸力水平下达到平衡，对于水力传导率较低的土壤来说耗时较长，而间接和反分析方法依赖于所采用的水力函数、入渗模型和边界假设。瞬态剖面法提供了一种相对直接的替代方法。水通量源自储水量的时间变化，局部水力梯度由总水头的空间变化确定，随后利用达西 - 白金汉方程计算水力传导率 (Leung et al., 2016, Watson, 1966)。该方法已应用于各种非饱和地质材料 (Cui et al., 2008, Daniel, 1983, Taibi et al., 2009, Wang et al., 2013)，但其可靠性取决于受控的水力边界、近似一维流、可忽略的侧向泄漏以及具有足够时空分辨率的含水量和水力头剖面 (Hu et al., 2021, Su et al., 2018)。连续获取此类剖面仍然是一个实践挑战。时域反射仪探针和张力计提供可靠的局部测量，但密集的传感器部署可能会干扰试样，同时仅产生离散观测。电阻率监测提供了一种无损替代方案，因为土壤电导与孔隙水含量和连通性密切相关。延时电阻率测量已用于监测含水量变化和润湿锋推进 (Wehrer and Slater, 2015)，而实验室研究建立了非线性电阻率 - 含水量关系，允许将电测量转换为含水量信息 (An et al., 2020, Cui et al., 2025, Lowe et al., 2017, Merritt et al., 2016, Sun et al., 2020)。因此，多级电阻率监测可以提供瞬态剖面分析所需的时间相关、分层分辨率的含水量数据。
在本研究中，多级电阻率监测与瞬态剖面法相结合，以表征疏水土壤中的非饱和渗流。建立了特定材料的电阻率 - 含水量关系，并在向上入渗期间在不同高程连续测量电阻率，以获得分层分辨率的含水量剖面。然后利用储水量的时间变化和局部总水头梯度计算水通量和非饱和水力传导率。在此基础上，评估了疏水剂对入渗、水分重分布和水力传导率 - 吸力关系的影响。最后，通过将参数与疏水剂含量相关联，开发了一种含量依赖的 Gardner 模型。提出的框架将电响应、含水量剖面、基质吸力和水力传导率联系起来，为评估工程疏水土壤的非饱和水力行为提供了实验基础。
