基于水气二相流的边坡降雨入渗有限元分析

为揭示边坡降雨入渗基本规律,基于水气二相流理论,以三峡库区大坪滑坡为例,采用有限单元法分析边坡降雨入渗水气运动规律。结果表明:根据水气流入、流出的方向不同,坡表可分为吸入区和溢出区,通常坡体上部为水、气吸入区,下部为水、气溢出区;水、气进出坡表的总速率受降雨特性、坡面产流情况、气温变化等外在因素的影响较小,具有相对稳定性;在坡表吸入区,当降雨强度大于水气入渗总速率时,入渗强度等于水气入渗总速率,吸入区产流;反之,入渗强度等于降雨强度,吸入区不产流。此外,坡表饱和区水压力可通过孔隙气传递到地下水面,增大地下水的压力水头,不利于坡体稳定。     

考虑降雨入渗及饱和-非饱和渗流作用下的土石坝边坡稳定性研究

在采用土体孔隙水压力描述非饱和土渗透特性的基础上,对某土坝模型进行了饱和—非饱和渗流计算,并应用于降雨入渗条件下的边坡稳定分析.计算成果表明,对于地下水位较深或可能出现浅层滑坡的情况,采用非饱和土强度理论得出的计算成果更为符合工程实际.     

土体非饱和渗透特性对降雨入渗的影响

降雨入渗影响下的土体非饱和渗透特性是一个非恒定非饱和的变化过程,探究土体非饱和渗透特性对降雨入渗的研究具有重要意义。基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同非饱和渗透特性条件下的降雨入渗过程,探究了不同渗流特性与稳定入渗强度的关联性。结果表明:当饱和度较低时,通过改变参数所反映的基质吸力对土体的稳定入渗强度影响显著;当饱和度接近１时,土体的入渗强度影响几乎不受基质吸力的影响。土体稳定入渗强度极值点的位置主要由本征渗透性的决定,而极值点的位置则受土水特征关系、水相对渗透关系、土体本征渗透系数的共同影响。     

三维饱和-非饱和降雨入渗渗流场分析

用饱和-非饱和达西渗流理论对降雨入渗的复杂渗流场问题用有限单元法求解，在理论上进行了深入的研究。文中特别提出了降雨入渗边界条件及非饱和逸出面边界条件(包括降雨中间停雨时期边界条件)在渗流场求解中的正确处理方法，提出和定义了描述土体渗流特性的极限含水率和蒸逸系数的两个新概念。两个算例的数值试验也进一步表明，文中所用的降雨入渗渗流场分析方法结果合理，实用性强。     

库岸堆积体斜坡降雨过程稳定性研究

在对降雨入渗及其引发边坡失稳机制的研究基础上，基于饱和非饱和渗流数学模型，运用延伸的摩尔库伦强度理论，对某库岸堆积体斜坡进行了降雨过程的饱和非饱和渗流场计算和稳定分析．表明降雨是导致库岸堆积体滑坡的主要外动力因素之一，并得出了在采用实际可能降雨特征时，库岸堆积体的最小安全系数发生在雨后一定时间内的结论，这与实际工程情况相吻合，可更合理的解释因降雨引发的库岸堆积体滑坡问题．     

基于ABAQUS的边坡降雨入渗边界的开发及其验证

为了克服ABAQUS在进行降雨入渗模拟方面的局限性,采用Python语言对ABAQUS软件的降雨入渗边界进行二次开发,将降雨边界作为不定边界,采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,开发出基于ABAQUS软件的降雨模块。该模块可以根据降雨强度与土壤入渗能力之间的关系,即时改变降雨边界条件,从而准确的反映降雨过程中降雨边界的动态变化过程,这克服了ABAQUS软件中只能模拟降雨全部入渗,入渗率保持不变的单一情况,完善了ABAQUS软件的降雨入渗分析功能。结果表明:开发出的降雨模块是稳定可靠的,可以用于边坡降雨入渗的分析;同时,借助于ABAQUS的强大功能,该模块可以为以后进行更复杂的降雨相关问题的研究提供一个良好的研究平台。     

降雨入渗非饱和渗流对水库边坡稳定的影响

应用饱和—非饱和多孔介质渗流理论建立了水库边坡的非稳定饱和—非饱和渗流分析模型,然后根据实际降雨资料选取1个典型时段计算了某水库边坡在降雨入渗时的非稳定饱和—非饱和渗流场,分析了该水库边坡在降雨入渗条件下的非稳定渗流场对边坡稳定性的影响,并提出了加强排水的建议,以减少降雨入渗提高边坡稳定性。     

昌波水电站地下厂房边坡降雨入渗数值分析

降雨下渗引起的坡体渗流场变化是诱发边坡失稳的主要因素之一.基于昌波水电站工程,选取地下厂房区含垂向结构面边坡的典型剖面,建立二维等效连续介质有限元模型,利用饱和-非饱和渗流分析理论,研究不同降雨强度下含垂向结构面边坡的饱和区扩散范围及水压力分布变化,并对坡表防护效果进行分析评价.对不同工况下运行期边坡水头分布及洞室出流...     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析

简要分析了多孔介质饱和—非饱和渗流数学模型,讨论了渗流有限元计算分析中的相关问题,同时模拟了降雨入渗情况下边坡内部的渗流场。模拟结果总体可靠,可作为边坡稳定性分析的参考依据。     

水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型

为了真实反映地质岩体系统内孔隙、裂隙对发生于其中的物理过程的控制与影响,基于岩体渗流水力学和多相渗流力学理论,将工程地质体简化为孔隙一裂隙双重介质,建立了水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型,采用Galerkin有限元方法推导了相应的有限元方程,编制出三维有限元计算程序。算例表明：双重介质模型能够比较准确地描述地质体的结构;在进行注水井数值实验模拟时,考虑耦合与不考虑耦合时的孔隙压力的差别随时间的推移会越来越大。     

土体初始饱和度对降雨入渗的影响

基于水、气两相流理论,采用有限单元法计算了壤土在不同饱和度下的降雨入渗过程,以研究初始饱和度变化对降雨入渗的影响。数值模拟结果表明:降雨入渗初期孔隙气压会逐渐增大,入渗强度会因孔隙气的顶托作用逐渐减小并最终趋于稳定。稳定后的降雨入渗强度主要取决于土体基质吸力和渗透特性,与土体初始饱和度大小直接相关;入渗强度存在最大、最小值,最大值通常会出现在初始饱和度为0或1时,而最小值所对应的饱和度与土体非饱和特性有关;受土体基质吸力和水、气渗透性的双重影响,入渗强度会先随饱和度的增大而逐渐减小,当降至最小值后,入渗强度又会随饱和度的增大而增大。根据计算结果,提出了一个可计算相对稳定入渗强度的公式。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析

降雨入渗过程中孔隙气压力变化是影响边坡稳定的重要因素,为了分析这种影响,提供一种考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析方法。首先基于水气两相流的理论与方法,计算降雨入渗下坡体的孔隙水压力、孔隙气压力和饱和度的分布,并获取降雨入渗过程中孔隙气压力引起的荷载变化量。而后,结合非饱和土抗剪强度理论及剩余推力法,将孔隙气压力引入到边坡稳定分析中,并以谭家河滑坡为例模拟分析考虑孔隙气压力对边坡稳定的影响。结果显示,降雨导致坡体表层趋于饱和,在坡表与滑带之间的孔隙气压变化较为敏感,而沿滑床向深层方向传递过程中孔隙气压发生衰减;坡体表层饱和区孔隙水压力通过孔隙气向坡脚传递,形成沿坡脚方向的孔隙气压力梯度,增大了滑体的下推力。结果表明,在相同的渗流条件下,考虑孔隙气压力的影响使同一滑动面上的安全系数降低,对边坡稳定分析不利。该方法在坡体濒临失稳时考虑孔隙气压力作用影响显著,对反映某些具体工程滑坡现象更加符合实际。     

饱和-非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究

总结了饱和—非饱和非稳定渗流场分析中初始孔隙水压力确定的一般方法。讨论了通过给出实测的数据概化孔隙水压力分布和采用稳态渗流解确定初始孔隙水压力各自的适用范围及存在的问题,并进一步指出了确定饱和—非饱和非稳定渗流场初始状态的研究内容。     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

建立了长距离无压引水隧洞水气两相流耦合VOF法的三维标准k-e紊流模型,近壁面采用考虑糙率影响的壁面函数,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法求解非稳态的水气两相流流场。应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件STAR-CD对某长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟。结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区;分析了隧洞沿程过水面积及气流量的变化规律,结果表明01支洞和02支洞补气不明显,03支洞补气明显;对某水库放水兼放空洞水深实测数据进行了验证对比,模拟结果与实验基本吻合。