考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。     

降雨条件下非饱和土中污染物迁移的数值模拟

利用溶质传递方程与非饱和土非稳态渗流方程联立耦合,建立了非饱和土污染物迁移模型.采用有限元数值分析的方法,模拟了土体非饱和带中污染物在降雨条件下的迁移过程,研究了无降雨、连续降雨和间断降雨条件下土体非饱和带中孔隙水压力和含水量变化以及污染物的迁移规律.研究结果表明,非饱和带污染物浓度随着时间增加逐渐增大,达到峰值后逐渐...     

非饱和土中圆柱孔扩张问题不排水解答及吸力影响效应分析

圆柱孔扩张理论为沉桩挤土及旁压试验分析等提供了理论基础,然而已有研究多是针对饱和土展开,在非饱和土相关工程中并不适用。基于修正剑桥临界状态模型,对非饱和土中不排水条件下的圆柱孔扩张问题进行求解。在考虑非饱和土吸力效应的情况下推导土体应力–应变关系式,并引入反映吸力与比体积之间关系的液相本构方程。在此基础上联立圆柱孔周围土单元平衡微分方程,最终将非饱和土中的圆柱孔扩张问题归结为求解一阶偏微方程组的问题。通过引入辅助变量将所有方程转至拉格朗日系下,以弹塑性边界上的应力及比体积作为初值条件对其进行求解。结果表明:当非饱和吸力增大时,圆柱孔周围土体应力和扩孔压力均随之增大,说明土体出现了吸力硬化效应;对于初始比体积较小的土体,随着塑性区内的径向位置增加,比体积和吸力会出现先增大后减小的变化特征,说明圆柱孔在不排水扩张过程中局部土体发生了剪胀。所采用的本构关系较为简洁,参数易于确定,便于在非饱和土相关的工程问题得到实际应用。     

河岸基坑降水非饱和渗流三维数值模拟研究

本文以孔隙介质非饱和渗流Richards方程为基础,建立了可求解地下水自由面和溢出点空间位置的基坑场地三维非饱和渗流模型。通过砂土土柱渗透试验数据,验证了非饱和渗流模型混合边界条件的有效性和准确性。以常州某水利工程河岸基坑场地为例,利用所建立的三维非饱和渗流模型,对降水井失效条件下,河岸基坑的渗流场、地下水自由面和溢出点空间位置进行了预测。研究结果显示:自然条件下,在围堰、截渗墙以及降水井的共同作用下,可有效降低基坑内地下水位,但仍有部分位置存在渗漏风险;当降水井失效时,基坑底部渗漏区域面积明显增大,基坑面临浸没风险。施工过程中应重点关注基坑底部降水井是否完好有效,同时建议在4#围堰坡脚处增设降水井。     

多孔介质中两相流动过程的毛细滞回效应

 含水量大小以及干湿循环变化历史对多孔介质渗流过程有着重要影响。基于多孔介质理论和毛细滞回内变量模型,建立能够考虑含水量变化历史影响的多孔介质两相流动模型,并利用开发的U-DYSAC2有限元程序进行相应的数值模拟。通过模拟结果与试验数据的比较,验证所建数值模型在模拟复杂条件下非饱和多孔介质渗流问题的可靠性与有效性。对干湿循环变化条件下土质边坡渗流过程进行数值分析,结果表明：毛细滞回效应对非饱和土渗流过程具有显著影响,非饱和土水力状态不仅取决于当前含水量或基质吸力大小,而且还与土体所经历的水力历史有关;特别地,如果利用主脱湿线来描述土水特征关系,那么土体中基质吸力的预测结果会偏高,从而使得传统边坡稳定性分析方法高估土体抗剪强度以及坡体安全系数。因此,在模拟非饱和多孔介质复杂渗流问题时必须要考虑毛细滞回效应。     

一个考虑结构性的非饱和土边界面本构模型及其验证

天然土体大都兼具非饱和特性和结构性,建立考虑结构性的非饱和土本构模型,对于分析非饱和土力学特性具有重要意义。基于饱和结构性土的体变方程,在结构性参数中引入基质吸力的影响,结合BBM模型的LC屈服曲线,建立了结构性非饱和土体变方程,引入解构规律来考虑常吸力下各向同性压缩过程中结构性的衰减,引入结构强度及其衰减规律来考虑结构性对非饱和土抗剪强度的影响,采用边界面塑性理论对三维状态下非饱和土的变形特性进行描述。利用Gorgan地区的非饱和原状黄土和西安Q₂非饱和原状黄土的试验数据,进行了模型的参数标定和验证,结果表明,所建立模型能够有效预测结构性非饱和土的变形特性。     

黄土非饱和入渗规律原位试验研究

土体中的水呈饱和状态渗流时,其渗流状态比较简单;但若呈非饱和状态渗流时,其流速、流向随时间和空间在土体中的状态却比较复杂。而这些正是进行湿陷性黄土增湿、减湿沉降计算时需要知道的问题。通过黄土非饱和入渗规律原位试验对其进行了探讨,结果表明:在非饱和入渗时段内,土体各深度上饱和度随时间的变化呈近似线性关系,浅层土非饱和入渗时间随土深度的变化短期内也呈近似线性关系;黄土的浸润角略大于 30°。     

二维渗流场的MATLAB仿真

分析了二维渗流场与二维温度场之间的相似性,提出利用MATLAB软件的热分析功能进行非饱和土渗流的计算方法,阐述MATLAB软件中的PDE工具箱在求解计算流体力学问题中的应用过程,算例结果表明应用MATLAB软件进行非饱和土渗流场的数值模拟是可行的。     

全吸力范围非饱和土水力渗透系数的计算

非饱和土水力渗透系数决定了水分在非饱和土体中迁移的速率,因此非饱和土水力渗透系数是研究水分在非饱和土中迁移规律的关键参数.一般情况,渗流数值计算软件将水力渗透系数方程作为输入参数,水力渗透系数方程的准确性直接影响渗流模拟结果的可靠性.常用的非饱和土水力渗透系数方程大多基于毛细水的相关理论,在低吸力区其计算结果与试验数据...     

膨胀土路堑边坡降雨入渗稳定性分析

膨胀土遇水发生软化,导致土体强度降低,降雨入渗对膨胀土路堑边坡影响较大。依据岩土饱和/非饱和渗流理论,利用有限元数值模拟分析软件,通过降雨入渗模型分析,建立膨胀土路堑边坡饱和/非饱和降雨入渗模型,模拟了降雨过程中边坡地下水含水率、压力水头变化规律,分析研究降雨入渗对路堑边坡渗流场及稳定性的影响规律。结果表明:降雨入渗对膨胀土边坡渗透影响仅发生在浅部区域,坡面低渗透性影响雨水入渗效果,裂隙性坡面则入渗稍快;对于低透水性、高基质吸力,短期降雨不至于导致边坡大面积滑塌破坏,边坡滑面只出现在表层,表现为浅层滑动,对深部土体影响不大。为以后膨胀土路堑边坡施工与防护提供一定的理论依据和数据参考。     

考虑潜蚀影响的降雨入渗边坡稳定性分析

在降雨入渗作用下土坡内细颗粒会随渗流发生运移产生潜蚀作用。通过联立颗粒运移方程与非饱和土渗流方程,结合非饱和土水力特性方程和土体潜蚀本构关系,建立了渗流潜蚀耦合的边坡稳定性分析模型。采用有限元方法模拟了降雨入渗作用下潜蚀和入渗的相互作用,分析了初始饱和渗透系数、进气值参数对入渗和边坡稳定性的影响。结果表明：潜蚀主要发生在湿润锋范围内浅层土体,潜蚀加速了湿润锋下行速度,进一步降低边坡稳定性;饱和渗透系数、进气值是影响渗流潜蚀作用的主要因素;当降雨入渗强度大于饱和渗透系数时,饱和渗透系数越大,潜蚀对入渗和边坡稳定性的影响越显著;进气值越小,潜蚀作用对入渗和边坡稳定性的影响越显著。     

地下水源热泵回灌非饱和渗流淤堵分析

回灌堵塞分析基于饱和土的渗流研究较多,而本文更偏向于非饱和渗流下的堵塞分析.因此针对武汉地区水源热泵压力回灌困难的问题,运用非饱和土VG模型,结合相关抽水回灌实例,对不同压力下的土体饱和度进行验算,并分析抽回灌量的变化,得出压力回灌会加大气相因素的涉入,一定程度上可发生非饱和渗流.在气相堵塞的基础上,进一步产生"非饱和...     

基于Mein–Larson模型的非饱和锐利浸润锋模型

降雨入渗模型在渗流理论、地质灾害评价等方面具有重要的理论意义及工程应用价值。基于饱和入渗的Mein–Larson模型及李宁等学者提出的非饱和入渗模型,利用非饱和土的Van Genuchten水土特性及渗透系数模型,提出了简化的非饱和锐利浸润锋模型,用以分析均匀含水率土体及含水率随深度变化的土体,其含水率、浸润深度、吸力等随雨强、降雨持时的变化。通过3种模型在不同工况下与有限元模拟结果进行对比,验证了本文提出的模型能更好的描述黄土中的非饱和水分迁移。     

黄土增湿变形的数值模型

以甘肃陇西自重湿陷性黄土作为研究对象,基于黄土湿陷过程中变形与渗流耦合的思想,建立了黄土增湿变形的数值模型。依据质量守恒定律和达西定律,建立了考虑变形影响的适合非饱和土-饱和土的、非稳态的轴对称黄土渗流连续性基本方程。参考陇西自重湿陷性黄土室内侧限压缩试验数据建立了黄土增湿变形本构模型;采用Galerkin加权残值法对基本方程进行空间离散;在时间域内用差分方法离散,建立了考虑渗流和变形耦合的黄土增湿变形有限元支配方程,并提出了求解方法。研究结果表明:在研究黄土增湿变形过程中,考虑变形与渗流耦合的作用是可行的,建立的黄土增湿变形有限元模型是合理的。     

基于Mein-aLarson模型的非饱和锐利浸润锋模型

降雨入渗模型在渗流理论、地质灾害评价等方面具有重要的理论意义及工程应用价值。基于饱和入渗的Mein-Larson模型及李宁等学者提出的非饱和入渗模型,利用非饱和土的Van Genuchten水土特性及渗透系数模型,提出了简化的非饱和锐利浸润锋模型,用以分析均匀含水率土体及含水率随深度变化的土体,其含水率、浸润深度、吸力等随雨强、降雨持时的变化。通过3种模型在不同工况下与有限元模拟结果进行对比,验证了本文提出的模型能更好的描述黄土中的非饱和水分迁移。     

降雨入渗时土钉支护稳定性可靠度分析

基于非饱和土水分子运动方程,建立一维降雨人渗的计算模型,利用MATIAB编辑有限差分的计算程序求解降雨入渗条件下边坡土体的瞬态含水量。考虑体积含水量和非饱和土强度参数的关系,对降雨入渗条件下边坡土钉支护结构整体稳定性可靠度分析建立计算模型。通过对具体工程建立整体稳定性极限状态方程,用蒙特卡罗法求解稳定性可靠指标,定量的分析了降雨入渗对边坡土钉支护结构稳定性的影响。     

非饱和岩土介质渗流问题的光滑粒子法模拟

 非饱和土渗流问题在大坝渗流、降雨入渗、垃圾填埋场内部污染物扩散等领域有着广泛的应用。对非饱和渗流Richards方程的数值求解,一直以来多是采用有限单元法计算基质吸力水头为自变量的方程进行的。但是,材料属性的高度非线性特征会导致数值解的质量守恒性质较差及非物理性震荡,同时可能引起迭代过程的不收敛。尝试着将光滑粒子法引入到基质吸力水头形式Richards方程的求解中,以便获得具有质量守恒特性的数值解,并通过数值算例验证其实用性和可靠性,从而为此类问题的求解提供一种新的思路。最后,采用基于光滑粒子法编写的程序模拟了蒸发条件下的一个复杂非饱和渗流问题,这对实际的工程应用有一定的借鉴价值。     

基于ABAQUS非饱和膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨是诱发边坡失稳的主要原因之一,研究降雨引发滑坡机理分析具有重大现实意义。文章基于ABAQUS有限元软件模拟非饱和土边坡降雨入渗分析,结合滤纸法试验推导出适用于贵州省某区域非饱和膨胀土的土水特征曲线拟合公式;结合流固耦合理论和强度折减理论探究了降雨入渗下非饱和土边坡渗流场、位移场及稳定性的变化规律。结果表明:非饱和土基质吸力与含水率呈负相关;降雨入渗过程边坡地下水位差异抬升产生水平渗流力作用以及土体吸力减小强度降低是引发边坡失稳的主要原因。     

二维渗流场的MATIAB仿真在土力学教学改革中的应用

分析了二维渗流场与二维温度场之间的相似性,基于许多实际工程中的渗流问题都可视为平面应变情况,提出利用M at lab软件的热分析功能进行非饱和土渗流的计算方法,阐述M at lab软件中的PDE(偏微分方程)工具箱在求解计算流体力学问题中的应用过程,算例结果表明应用M at lab软件进行非饱和土渗流场的数值模拟是可行的,可以满足土力学关于渗流的章节教学改革需要。     

非饱和土中单桩的横向瞬态响应研究

基于非饱和土的动力控制方程,对非饱和土中单桩的水平瞬态响应进行分析.先利用Laplace变换,再对方程进行无量纲化,建立了变换域内非饱和土的水平波动方程,通过分离变量法及算子分解理论得到了Laplace变换域内的位移解;根据桩-土接触面的边界条件求解桩的动力平衡方程,得到变换域内的桩身位移和内力的解析解,再通过Lapl...