土坝饱和-非饱和渗流数值分析方法研究

本文提出土体非稳定渗流数学模型和新计算方法,用以计算土坝饱和-非饱和区的渗流。在数学方程求解和数值计算中,采用伽辽金有限元法结合隐式向后差分法,编制出简单合理和切实可行的计算程序SUSED。并以唐山陡河土坝为计算对象,从坝中取样通过试验求得计算参数,用本文方法对该坝饱和-非饱和渗流进行数值计算,计算结果规律正常,令人满意,说明上述数学模型和计算方法是行之有效的,适用于稳定渗流和非稳定渗流。     

雨水·洪水渗透时河堤的稳定性

雨水、洪水渗透时河堤的稳定性问题是一个牵扯到饱和- 非饱和状态水分的渗透和水分变化时非饱和土的强度低下的复杂的工学问题。研究雨水、洪水渗透时河堤内部的水分移动以及土的力学性质变化有利于搞清河堤的破坏机理,以便于合理地进行河堤加固并能够进行有效的抗洪抢险工作。本文通过两个大型河堤渗透试验的结果对河堤的渗透破坏机理进行了分析和阐述     

SEEP/W软件在深基坑饱和-非饱和非稳定渗流分析中的应用

本文采用国际商用软件Geostudio(GEO-SLOPE)中的SEEP/W对一个深基坑进行降雨下深基坑饱和-非饱和非稳定渗流分析探讨,计算结果表明,在非饱和区,孔隙压力及含水饱和度都在随着降雨的入渗而逐渐增大,降雨导致地下水位抬升,土体孔隙压力升高,这些结果和实际情况一致.     

超低渗透储层饱和/非饱和渗流启动压力梯度试验研究

 针对国内外超低渗透储层饱和/非饱和渗流启动压力梯度研究的差异,利用美国岩心公司AFS300TM全自动岩心驱替系统,采用非稳态法研究岩心上、下游端压力变化,分析鄂尔多斯盆地三叠系露头全直径超低渗砂岩岩石饱和/非饱和渗流的启动压力梯度特征。试验结果表明：超低渗透储层标准盐水、煤油饱和渗流不存在启动压力梯度;非饱和渗流流体间界面产生的毛管压力是导致两相渗流启动压力梯度的根本原因,并且发现驱替过程中的毛管压力存在动态变化过程。     

非饱和土的渗透特性试验研究

由于非饱和土的复杂性和多变性，其渗透特性明显不同于饱和土，并且试验难度较大。利用特制的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土的渗透特性进行了试验研究，为非饱和土渗透系数的直接测定奠定了基础。根据试验结果，得出了黄河大堤非饱和土土体在不同含水量下的围压．渗透系数关系及其变化规律，以及不同围压条件下质量含水量．渗透系数关系及其变化规律，同时，对其关系曲线模型进行了拟合，得出了相应的拟合函数。     

植被发育斜坡土体非饱和渗透特性的预测方法

非饱和渗透系数对评价非饱和土体的性质具有重要意义,尤其是对灾害频发的植被发育斜坡。然而现场试验或室内试验测量非饱和渗透系数耗费时间多,对试验设备要求高,为非饱和土体的渗透性研究带来很多不便。本文在对Brooks-Corey模型进一步推导的基础上,利用Bloemen提出的孔径分布参数计算方法来推求土体的非饱和渗透系数,只需获得土体颗粒组成、有机质含量、饱和渗透系数及重量含水量,就可以计算得到非饱和渗透系数的预测值,这样就提高了非饱和渗透系数的计算效率。同时,通过比较模型计算结果与HYDRUS-2D计算值,得知此方法应用于植被发育斜坡土体是可行的,而且有较高的精度,并提出了进一步的优化方向。     

地下水扰动作用下地基土体渗透破坏试验研究

为分析近年来中国西南地区频繁发生的“天坑”形成原因,从渗流破坏理论出发,通过自主设计循环变水压渗透试验装置模拟地下水扰动过程,研究了地下水扰动作用下地基土体的变形破坏机制.首先通过现场和室内试验获得土样的基本物理化学性质,排除由碳酸盐溶洞导致地表塌陷的可能性.在此基础上,为模拟地下水循环扰动对土体的渗透破坏作用,采用饱和土渗流理论,设计了1种变压型常水头渗透试验装置,通过自动循环地改变水头大小模拟地下水扰动对土体的破坏机制,分析实验前后土样级配组成、水头变化和土样变形破坏特性,试验表明土样在地下水扰动作用下细颗粒明显减少,土体级配结构发生改变,土体承载力降低并最终导致土体塌陷.变压型常水头渗透破坏试验研究表明,该方法较好地阐明了该地区“天坑”形成机制.     

由土–水特征曲线预测上海非饱和软土渗透系数

在分析总结由土–水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George(1950)利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了上海非饱和软土的相对渗透系数。上海非饱和软土渗透性参数随吸力(含水率)变化呈现非线性变化,吸力增加(含水率降低)渗透性快速降低。对不同粒径的上海非饱和软土层,在减饱和初期(低吸力阶段),土体中骨架颗粒大小对渗透性影响不大;但随着减饱和过程的进行,大骨架颗粒的土体的渗透性衰减速率大于小颗粒土体;而减饱和后期,这种衰减速率上的差异又趋于不明显。这一衰减特征主要与参与减饱和的土中水的赋存状态有关。     

土石坝渗透比降监控指标研究

基于非饱和稳定渗流,应用Geostudio软件,对土石坝内部的渗流场进行模拟。通过对心墙的渗透系数的折减,分析土石坝下游的渗透比降变化,并结合规范分析,得出土石坝渗透比降监控指标,以指导大坝安全运行。     

考虑非饱和非稳定渗流的土坡稳定分析

降雨或库水位变化造成的土坡失稳现象与土体中的非饱和非稳定渗流密切相关,考虑非饱和非稳定渗流的土坡稳定分析方法是值得深入研究的课题。主要对考虑非饱和非稳定渗流的极限平衡法和位移有限元法进行评价和对比,着重讨论了强度折减有限元法在考虑渗流作用的土坡稳定分析中的应用,给出了一些初步成果,并提出了今后的研究方向。     

土质高边坡的降雨渗流场数值模拟分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土质高边坡暂态渗流场的变化情况,本文对降雨边界的处理方法加以改进,使其适用于土质高边坡渗流场的计算.对砂箱模型和土质高边坡模型的计算结果表明:所提出的边界条件的改进足可行的;雨水入渗引起土壤基质吸力大量丧失,降雨初期基质吸力丧失最快;当降雨强度相对土体入渗能力较大时,基质吸力的丧失速度主要取决于土体自身的入渗能力.     

非饱和带水–气二相流数值模拟研究

为了真实反映非饱和带中流体(水和气)的运移规律和渗透特性,将非饱和带中的孔隙水和孔隙气作为研究对象,基于水-气二相流理论,建立了水-气二相流数学模型。该模型采用积分形式的有限差分法对控制方程进行离散,在应用Newton-Raphson迭代方法得到相应的线性方程组的基础上,编制了三维计算程序SEEP2P。通过对土坝稳定渗流和降雨入渗情况的计算分析,得出稳定状态的渗流可以近似采用单相流模型来模拟,降雨入渗下的非稳定渗流问题采用水-气二相流模型来模拟更加符合实际。采用水-气二相流模型模拟得到水相、气相的流动状态,为定量研究孔隙气压力对入渗水流的影响提供了有效途径。     

旱涝急转下斜墙坝渗流特性试验研究

对斜墙坝渗流安全,关注点多在于是否形成稳定渗流场,浸润线高低以及渗流量多少等,渗流分析基本为饱和渗流,而在旱涝急转情况下,受旱土体处于非饱和状态,土体表面分布着裂缝,渗流情况复杂,常规渗流分析难以进行。基于室内坝坡模型,模拟旱涝急转工况,研究斜墙坝渗流特性。研究结果表明:对于受旱后裂缝发育程度低的黏土防渗体防渗性能良好,其渗透系数要小于饱和渗透系数,而对于裂缝较发育区域,由于其良好的透水性,渗透性远大于土体饱和时的渗透性;降雨及水位上涨时,裂缝会自行愈合,但愈合仅限于表面,土体完整性无法再回到产生裂缝前的状态,此时坝坡土压力值相对试验初期要小许多,裂缝的产生增大了土体的孔隙率,改变了土体渗透性,永久削弱了黏土防渗体防渗性能。试验得出了旱涝急转下斜墙坝渗流演变规律,可据此对实际工程中的渗流薄弱部位进行重点监测与保护。     

土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。     

公路边坡降雨入渗的数值模拟

根据岩土饱和-非饱和渗流理论,通过降雨入渗模型及其有限元分析方法,结合工程实例,在强降雨条件下数值模拟了公路边坡地下水渗流场动态,得到了降雨过程中边坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,对有关的边坡稳定性分析提供了参考数据.     

降雨条件下滇西典型土质滑坡渗流特性分析

降雨是诱发滇西土质滑坡灾害的主要因素,选择滇西红层典型土质滑坡——思铺滑坡做深入的调查,考虑降雨入渗的影响,基于饱和-非饱和渗流理论,利用有限元方法,对强降雨条件下思铺滑坡地下水渗流场动态进行了数值模拟,得到了滑坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,为滑坡的稳定性分析和滑坡预测提供重要的分析数据。     

鄂西北片岩边坡渗流计算与稳定性分析

鄂西北广泛出露的武当群片岩,岩体变质程度深,结构特征复杂,加之雨季雨量充沛。在工程开挖、削坡过程中出现大量不稳定岩质边坡,十堰市某变电站在施工过程中出现的边坡失稳便是典型案例。在对该滑坡的工程地质条件以及变形特征分析的基础上,采用饱和-非饱和渗流计算得到滑坡体内孔隙水压力分布规律,并采用极限平衡法分析了滑坡稳定性系数随时间的变化规律。分析结果表明,降雨是该类边坡失稳的主要诱发因素,因此在工程中务必做好坡体表面甚至内部的排水措施,避免雨水大量入渗坡体,还应制定在边坡开挖过程中应对突降大雨的应急预案。     

非饱和土坝稳态渗流场的差分求解

立足于非饱和土坝渗流问题的研究现状,本文采用饱和-非饱和渗流分析方法,把土坝饱和区和非饱和区进行统一计算,应用差分原理将二维渗流微分方程转化为代数方程组,并编制MATLAB计算程序求解此代数方程组,从而求解土坝稳态渗流场,所得结果与有关学者由饱和-非饱和有限元渗流分析求得结果比较吻合。     

岩质边坡降雨入渗过程的数值模拟

对岩质边坡降雨入渗的数学模型及模拟方法进行了探讨。在此基础上，研究了非饱和－饱和渗流模型中的非线性方程组及其解法，给出了Picard迭代法求解该方程组的方法、步骤，并对边坡降雨入渗的规律进行了研究，阐述了岩质边坡降雨入渗过程中基质吸力的变化、暂态饱和区的形成、发展以及暂态水压力的分布、变化。用上述方法分析、模拟了某露天矿边坡降雨入渗的全过程。     

交河故城土遗址边坡降雨非饱和入渗分析

降雨非饱和入渗是诱发边坡失稳滑动的主要原因之一。本文基于饱和-非饱和降雨入渗理论,建立饱和-非饱和降雨入渗模型,并进一步建立了其数值计算模型,发展了相应的数值模拟技术。在前人工作的基础上,编制完善了饱和-非饱和降雨入渗有限元计算程序。选取新疆交河故城土遗址一典型边坡,详细分析了一个较为完整降雨入渗过程中边坡内部渗流场的分布特征;结果表明:所建立的饱和-非饱和降雨入渗模型较好的描述了降雨过程中边坡内部的渗流场分布,为进一步分析边坡在降雨非饱和入渗条件下的稳定性提供了支持。