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。     

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。     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

 为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明：(1) 降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2) 不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3) 在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4) 非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。     

降雨入渗条件下裂隙发育的黄土边坡稳定性分析研究

在持续降雨的条件下,雨水在黄土边坡上沿垂直裂隙方向入渗,并产生渗流力。结合黄土边坡裂隙法和非饱和土渗流理论,建立边坡破坏模型,推导出裂隙发育的黄土边坡在渗流力作用下的稳定性系数计算公式。结合具体的工程实例,分析讨论垂直裂隙深度和渗流力对黄土边坡稳定性的影响。结果表明:黄土边坡稳定性随垂直裂隙深度增加而降低;考虑渗流力时的黄土边坡安全系数比不考虑渗流力时的安全系数明显降低,且随着入渗深度的增加,边坡安全系数降低得越多;随着裂隙深度的增加,渗流力对边坡稳定性的影响逐渐减小,且入渗深度越大时,减小得越明显。     

非饱和砂质黏性紫色土一维渗透特性试验研究

利用土体瞬时渗透特性测试仪,对重庆非饱和砂质黏性紫色土进行一维土柱垂直渗透试验。模拟不同降雨条件(5 mm/h、15 mm/h、30 mm/h)下,其入渗率、累积入渗量、浸润峰、体积含水率和吸力等随时间的变化规律;分析得到其渗透特性和持水特性。结果表明:(1)在初始含水率相同的情况下,降雨强度越大,初期入渗率越大;土体的入渗率与含水率有关,含水率越低的土体,其入渗率越大;(2)不同降雨强度下,水入渗到同一监测点的时间不同;且降雨强度越大时,含水率增大到某一稳定值的数值也越大;(3)降雨强度并不会影响土体的饱和渗透系数和持水性能。从试验规律可知非饱和砂质黏性紫色土的体积含水率θ与渗透系数的对数lgk之间存在线性关系,拟合的线性方程,可应用于相应紫色土地区土体的非饱和渗流分析。     

降雨强度对黄土边坡入渗性能影响的研究

降雨入渗使得非饱和土边坡内含水量增大,进而令土的抗剪强度降低,这是降雨诱发浅层边坡失稳的重要原因之一。通过有限元方法计算三种不同降雨强度下边坡内瞬态渗流场分析降雨入渗性能,数值计算结果表明：在历时3 h降雨以内,大于或等于土体饱和渗透性能的雨强条件下湿润锋深度相差不大,但饱和度明显不同;雨强越大,边界瞬时入渗量越大,稳定入渗量越大;在降雨期间,雨水不会以饱和入渗速度入渗,而是随时间呈非线性变化。     

非饱和原状黄土边坡浸水试验研究

 非饱和黄土的渗流问题,由于其理论的复杂性和测试手段的滞后,至今发展很慢。通过大型现场试验,得到水在边坡中的渗透范围,分析在浸水试坑下部2～3 m范围内土体每日含水率的变化规律,讨论暂态饱和区的形成和水在边坡土体中的运移过程,得出本次试验水在非饱和原状黄土边坡中渗透范围的形成机制和运移规律。结果表明：水在非饱和黄土中的渗流过程是暂态饱和区不断下移扩大的过程;浸润角不是定值,随着水入渗总量增加而增大;水在非饱和黄土中的渗透范围分为四部分：第一、第二部分为水的横向运移段,第三部分为水的竖向渗透段,第四部分为暂态饱和区的湿润锋面;水在非饱和黄土中的渗透范围是一个闭合的近似椭圆形区域。     

垂直节理对黄土渗透性的影响研究

通过室内模型试验,研究了饱和入渗条件下黄土垂直节理对土体渗透性的影响。在实验室自制试验装置,将重塑土击实后人工切割垂直节理。在土样表面均匀喷水,使水分在土样表面饱和的状态下入渗,分析节理开度对黄土中水分入渗的影响规律。试验表明:闭合节理对土体的渗透性影响很小,实际中可以不予考虑;随着节理开度的增大,节理对土体渗透性的影响逐渐趋于明显,节理成为优势渗流面。将黄土中的节理抽象为两平行板间的缝隙,节理内水的流动满足N-S方程。考虑黄土渗流的实际特点确定了边界条件,通过推导建立了黄土节理渗透系数的表达式,分析了黄土节理渗透系数随土体体积含水量变化的特点。在数值计算中,采用四边形等参元离散土体。在离散体表面规定水头边界,对节理场地的水分场变化进行了分析。分析结果与试验对比,说明该表达式可以反映黄土节理渗流的实际特点。     

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。