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。     

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。     

考虑降雨入渗的边坡稳定性分析

采用极限平衡分析法,建立了能考虑降雨入渗的饱和—非饱和边坡稳定性分析方法,对降雨条件下边坡稳定性变化规律进行了分析,计算结果表明,抗剪强度参数、边坡初始状态都对边坡稳定性具有明显影响,降雨造成的孔隙水压力变化比自重增大对边坡稳定性的影响更大.     

饱和与非饱和流溶质运移的试验研究与数学模拟

地下水污染系统，一般由非饱和带与饱和带两子系统组成，潜水面为两者的界面。已有的模拟试验多对其进行分段研究，认为污染物在系统中的运移规律为两者中的叠加。由于系统中存在界面过程和子系统间的相互作用，整个系统即饱和─非饱和带联合试验研究的结果较分段模拟结果更客观地反映污染物在系统中的运移规律；且这种联合研究在数学处理上也具有一定的优势。因此，饱和─非饱和流溶质运移的联合研究更值得重视。     

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。     

降雨条件下雅砻江某边坡稳定性研究

以雅砻江某边坡为例,模拟该边坡不同时段随降雨产生的饱和—非饱和渗流问题,得到各个时段边坡的负孔隙水压和体积含水率并且通过云图表示,计算该边坡各个时段安全系数,得出降雨条件下该边坡安全系数随着降雨条件的变化规律。     

暴雨入渗下裂隙岩体边坡渗流及稳定分析

根据单裂隙饱和-非饱和渗流实验结果，确立了裂隙岩体渗流时饱和度与负压及饱和-非饱和渗透系数与负压之间的实验关系式，进而建立了有暴雨入渗下三维裂隙网络饱和-非饱和渗流数学模型，针对龙滩水电站左岸蠕变体边坡进行了不同工况下的渗流与稳定性分析，并相应给出了其高边坡工程安全施工建议措施．     

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.     

饱和-非饱和带地下水流数值模型的双层迭代方法

为了避免求解高度非线性的三维饱和-非饱和水流方程,本文假设在非饱和带和饱和带中地下水流分别由一维垂向流模型(θ-模型)和二维水平流模型(H-模型)描述。在地下水面的水流通量(qH)是连接θ-模型和H-模型的边界条件。通过将垂向平均含水量-θ(H,t)展开成以H为变量的一阶Taylor级数,qH可表示作为水位(H)的函数。一个双层迭代方案被用于求解饱和-非饱和水流模型,它包括应用有限单元法结合Picard迭代求解非线性的θ-模型、H-模型和应用Taylor级数逐步逼近非线性函数-θ(H,t)的两个迭代过程。算例结果表明:在模型功能方面,该方法实用性强,能够很好地描述饱和、非饱和带水量平衡,较好地反映含水量与地下水位的变化;在计算技术方面,方法思路清晰,求解过程易于程序实现,且两个层次的迭代都具有较快的收敛性。     

强降雨条件下浙江武义平头村山体高边坡稳定性分析

 基于饱和–非饱和渗流理论,综合考虑降雨入渗引起土体重量增加、渗透力增大以及抗剪强度降低等因素的影响,建立降雨条件下边坡稳定性分析有限元数值模拟模型,并开发出相应的计算程序USLOPE-FEM。以浙江武义平头村山体高边坡为例,研究强降雨入渗条件下边坡的瞬态渗流场与稳定性,根据获得任意时刻各节点的压力水头、应力和位移等,并分析强降雨中边坡的稳定性。研究结果表明,未降雨时,该边坡基本处于稳定状态;连续强降雨24 h,坡体浅层含水量显著增加,表层出现饱和区且零压面逐渐向内部推移,从而诱发局部滑塌,与实际发生的局部滑塌部位一致,由此验证了有限元分析模型和计算程序的可靠性。上述研究结果为强降雨条件下边坡稳定性分析与安全性评价提供了一般的技术思路和参考经验,也为该边坡的失稳预警与滑坡防治准备了必要的基础资料。