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。     

三峡永久船闸高边坡三维饱和--非饱和渗流场分析

三峡2号永久船闸高边坡在降雨入渗条件下闸室混凝土衬砌边墙的外水压力可能很大，有工程后患之虑。论文针对这个三维降雨入渗复杂渗流场问题，采用基于广义达西定律理论之上的非稳定饱和——非饱和渗流场求解的有限单元法，对不利的连续数天降暴雨情况下的不同时刻的边坡渗流场特性进行计算分析，给出各个典型时刻2号船闸高边坡体中渗流场等水头线和闸室混凝土衬砌墙背面外水压力水头的大小，并与设计允许值进行对比分析，进而给出降雨入渗对闸室边墙稳定的影响程度，有无破坏性作用等。     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。     

降雨入渗过程的水-气二相流模型研究

本文根据多孔介质中水、气的质量守恒定律，结合多相流理论，建立了求解饱和-非饱和渗流的水-气二相流数学模型，并采用积分形式的有限差分法和NewtonRaphson迭代方法进行数值求解，提出了各种边界条件，包括水相、气相和降雨入渗边界的数学处理方法。利用上述模型对土柱试验进行模拟，将计算结果与试验数据比较，验证了模型的正确性；然后对土质边坡降雨入渗过程进行计算，得到孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的变化过程，其变化规律符合实际，实现了降雨入渗的水-气二相渗流过程，为定量研究空气阻力对入渗水流的影响提供有效途径。     

降雨条件下边坡渗流及稳定有限元分析

简要分析了多孔介质饱和-非饱和渗流数学模型,探讨了非稳定时间插分格式、计算参数和降雨入渗边界处理等相关问题;基于非饱和土抗剪强度理论和延展的Mohr-Coulomb屈服准则,将有限元强度折减法推广到非饱和土边坡稳定分析中。以某边坡为例,模拟了降雨入渗引起的边坡体内暂态渗流场,并采用推广的有限元强度折减法进行了降雨条件下边坡的稳定性分析。     

考虑降雨入渗的饱和—非饱和渗流场数值分析

文章在分析降雨入渗机理的基础上,根据饱和—非饱和地下水运动微分方程和定解条件,模拟降雨入渗问题,并阐述了降雨入渗边界条件的正确处理方法,给出了相应的非饱和边界面处理技术。     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

泄洪雨雾入渗分析中的几个问题讨论

泄洪雨雾入渗导致的边坡稳定问题随着高坝大库的建设越来越突出,但对于泄洪雨雾入渗渗流过程的研究,人们的认识和理解仍不充分.根据泄洪雾化成雨的特点,结合现有的入渗模型,对雾化雨入渗模拟的模型选择、参数确定、边界条件和初始条件、计算收敛问题,以及模拟的细节进行了讨论.指出:在选用饱和-非饱和渗流模型分析时,参数确定在多孔介质中取得进展的同时引入到岩体、混凝土等结构中尚需论证;入渗边界是根据极限入渗率和降雨强度关系确定的一种边界条件;渗流场的初始状态应引起重视;这一渗流问题是一高度非线性问题,应考虑大型稀疏矩阵的处理、时步选择和迭代方法选择,结合现有的并行计算技术,提高计算精度和计算效率.     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。     

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。     

降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟

为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的稳定性,运用饱和—非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和—非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡稳定性的影响。分析结果表明:土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。由于降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大,因而土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。     

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。     

降雨条件下坡地水分转化特征实验研究

坡地水分转化规律研究对于探讨坡地水土流失以及坡地养分迁移规律具有重要意义。本文以黄绵土为试验材料，通过模拟降雨试验，研究了不同雨强条件下坡面入渗过程与产流特征。结果表明：(1)在地表坡度15°、土壤容重1.28～1.30g/cm3的条件下，坡面平均入渗率(ia)与降雨强度(iR)具有极显著的抛物线函数关系，当iR=1.35mm/min 时，ia具有最大值(1.01mm/min)；初始产流时间(tp)随iR的增大而减小，二者呈幂函数关系。(2)坡面产流以后，入渗率(i)随降雨历时(t)呈幂函数形式降低，坡面产流强度(VR)随t的延长呈对数函数形式增加。(3)随着雨强的增大降雨的入渗量略有增加，但降雨向土壤水分的转化率则显著降低。     

降雨入渗条件下考虑裂隙和风化对煤系土堑坡稳定性影响分析

利用非饱和瞬态渗流有限元程序对不同裂隙和风化深度的煤系土堑坡进行了降雨入渗坡体渗流场数值计算和分析。并基于非饱和土力学强度理论,应用Morgenstern-Price方法,调用不同裂隙和风化深度的渗流计算结果对煤系土堑坡的瞬态稳定性进行了研究。结果表明:降雨对煤系土堑坡渗流场的影响仅局限于裂隙和风化区,堑坡内部渗流场的分布几乎没有变化;同时考虑裂隙和风化时,安全系数受降雨影响大,降雨入渗很容易引起堑坡的失稳。因此,在研究煤系土堑坡降雨入渗和稳定性分析中应考虑裂隙和风化层的影响,且研究成果为煤系土堑坡设计、施工和稳定性分析提供了依据。     

东北寒区黑土稻田土壤水分剖面二维运动规律研究

为揭示东北寒区黑土稻田分层土壤水分二维运动规律,选择黑龙江省庆安灌溉试验站稻田土壤开展控制灌溉水层及地下水位条件下分层土壤与均质土壤室内入渗试验。设计装置分层收集侧渗水量,定量识别分层土壤垂直渗漏与侧向渗漏,并基于HYDRUS-2D软件建立水分二维运动模型。结果表明土壤水力特性参数反演效果较好,模型模拟值与实测值吻合;土壤的分层结构抑制了水分入渗,降低了水平侧渗速率及垂直渗漏速率,分层土柱犁底层基本无侧渗输出,耕作层与底土层稳定后的侧渗速率分别为0.007和0.023 cm/h。进行水量平衡分析,分层土柱入渗稳定后侧向渗漏占总渗漏的72.45%,主要通过底土层输出(63.42%);引入"单宽侧渗量"表示不同控制条件下土壤的侧渗输出,灌溉水层的增加显著增大了耕作层与底土层土壤的单宽侧渗量,控制灌溉水层有利于减少侧渗,提高用水效率;犁底层厚度增加主要贡献底土层的单宽侧渗量,反之,地下水位埋深增大则降低了底土层的单宽侧渗量,因此维持稻田适宜的犁底层厚度及地下水位埋深有利于减少深层渗漏损失。     

NUMERICAL ANALYSIS OF SATURATED-UNSATURATED SEEPAGE FLOW IN FRACTURED ROCK MASS DUE TO SURFACE INFILTRATION

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｐａｒｔｆｒｏｍｗａｔｅｒｔａｂｌｅｔｏｇｒｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｍａｓｓｉｓａｎｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｒｅｇｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｆｕｌｌｏｆｗａｔｅｒ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ,ｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｍａｓｓｄｕｅｔｏｓｕｒｆａｃｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｉｓａｓａｔｕｒａｔｅｄ ｕｎ ｓａｔｕｒａｔｅｄｓｅｅｐａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ .Ｄｕｒｉｎｇｒａｉｎｆａｌｌ (ｏｒｆｌｏｏｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇａ…     

饱和-非饱和土中渗流Richards方程有限元算法

发展了一种求解理查森方程的一般有限元算法。该方法采用积分法处理孔隙水压力对时间的导数项，采用集中质量技术处理有限元方程中质量矩阵来保证数值稳定。所采用的质量守恒迭代方法不须改变迭代方式，采用一般的Picard迭代方法。该方法能求解入渗、地下水位瞬变和排水等范围广泛的饱和-非饱和渗流问题。对3个已公开发表具有详细试验数据的算例的模拟表明，该方法对入渗锋、稳定渗流地下水位和非稳定渗流溢出面都模拟很好。Picard迭代方法效率很高，且无数值振荡发生。     

增湿路径对非饱和土水气渗透系数的影响研究

对水气运动联合测定的方法，提出了3种渗水稳定时间判定方法及3种渗水驱动势的计算方法。对同一干密度的试样，进行不同增湿路径的渗透试验，分析了不同的渗水稳定时间判定方法、渗水驱动势计算方法对渗水系数的影响，得出考虑渗水驱动势随时间变化的变水头计算方法最为合理和稳定。进而以变水头计算方法为基础，分析了增湿路径对水气渗透系数测定值的影响。结果表明，增湿路径对渗水系数的影响总体不大，而在较高饱和度范围内对渗气系数的影响较大。