大气降雨对土坝非饱和区含水率影响分析

运用非饱和渗流理论分析了不同降雨强度和降雨持续时间对土坝非饱和区含水率变化规律.结果显示,降雨强度越大、降雨持续时间越长,非饱和区土体含水率变化也大,坝坡表层土体较容易达到饱和,并且降雨影响深度也大,对坝坡表面湿化裂隙的产生及坝坡稳定性影响大.不管降雨强度如何,坝顶和坝坡中上部比坡体的中下部更容易受降雨浸湿.     

四道河子地区水文地质特征及隧道涌水量预测

依据地下水含水介质及类型,将地下水分为松散岩类孔隙潜水、断层破碎带孔隙裂隙水、岩溶裂隙水和裂隙水;认为地下水主要接受大气降水和地表水补给,排泄以泉为主.对于隧洞穿越的一般裂隙岩体,估计其每10m洞长出水量<25L/min;对于隧洞穿越的大理岩区,由于洞室埋深较浅和切割六河的F13等断层的影响,地表水与地下洞室之间的水力联系较密切,依据经验解析法、规范法的涌水量计算,隧洞内断层破碎带处50m洞长最大涌水量预计不超过160～330m3/h.     

初始地下水对浅层边坡降雨入渗及稳定性影响

浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解;结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性;当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型;当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明：当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果;弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短;强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。     

区域饱和-非饱和地下水流运动数值模拟

根据多孔介质中区域饱和-非饱和水分运动的特征,建立基于迦辽金有限单元法的拟三维数学模型.通过对三维Richards方程沿饱和含水层垂向平均得到水平二维模型的基本方程,在各选定区域非饱和带沿水平方向平均得到多个一维非饱和水流运动方程.一维非饱和模型与二维饱和模型的耦合点为非饱和带计算所得的通过潜水面的流量项.最后,验证拟三维模型的模拟结果,说明模型合理可行,为研究大区域饱和-非饱和水分运动提供了有效的分析工具.     

含非饱和导排层的毛细阻滞覆盖层长期性能分析

为了验证含非饱和导排层（UDL）毛细阻滞覆盖层的防渗性能,采用模型试验在中国东部湿润气候区自然气候条件下进行2年的长期监测. 覆盖层模型尺寸为2.0 m×1.0 m×0.55 m（长×宽×厚）,坡度为18.4°（坡率为1∶3）. 结构剖面从上至下依次为植被生长层（15 cm）、粉土层（20 cm）、砂层（10 cm）和碎石层（10 cm）. 长期监测试验结果表明：监测期累计降雨量为3 448.4 mm;渗漏量为2.62 mm,显著低于北美湿润气候区土质覆盖层的防渗标准. 非饱和导排砂层（UDL）侧向导排量为581.77 mm,占降雨量的16.87%,导排作用明显. 在一个典型的水文年中,4~11月自然降雨、气温和腾发作用三者高峰期重合;雨热同期的有利气候条件以及UDL层的侧向导排作用,有效控制了渗漏量. 6~9月的连续强降雨为覆盖层易发生渗漏的极端气象段,是防渗设计的控制性气象条件. 冬季12月至次年3月气温低但降雨量较少,增设的非饱和砂层导排作用明显;避免了因腾发作用弱不能及时蒸散水分而发生渗漏的问题. 含非饱和导排层（UDL）的毛细阻滞覆盖层由粉土、砂和碎石等非胀缩性土构成;湿胀干缩和开裂现象不明显.     

岩土体内降雨非饱和入渗问题研究

讨论了降雨非饱和入渗机理、计算分析及其工程应用方面所取得的成就和存在的问题。其中包括了降雨入渗机理模型、土-水特征曲线、降雨非饱和数值计算等方面的研究。另外就降雨入渗诱发滑坡问题的应用进行了简单的探讨,并指出了目前应用中存在的问题和新的研究方向。研究结果表明,进一步发展降雨非饱和入渗理论研究及其计算方法对完善非饱和入渗理论和解决由降雨入渗引起的地质灾害工程问题有着重要的意义。     

连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析

基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数kw均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.     

不同雨强下非饱和砂性坡体破坏形式的含水特性研究

为了研究不同降雨强度下非饱和砂土边坡内部含水特性,探究破坏含水率与破坏形式的关系及坡体破坏的水土作用机理,通过室内模型试验研究了在不同降雨强度下粗砂和细砂2种坡体内部含水率的变化规律及前期降雨对坡体破坏的影响,并基于土水特征曲线分析降雨诱发坡体破坏的内部机理。试验结果表明：在降雨过程中,含水率变化存在3个阶段：Ⅰ阶段,含水率变化近似呈线性增长;Ⅱ阶段,含水率增长趋于平缓;Ⅲ阶段,在高雨强下,坡体破坏前含水率快速增长。不同降雨强度下坡体破坏形式不同,破坏含水率亦不同：当坡体发生坡脚流失时,破坏含水率为12%左右;当坡体发生分层滑动时,破坏含水率为13%～18%;当坡体发生整体流滑时,破坏含水率为20%左右。但无论发生何种破坏,在破坏时,坡体均未达到饱和状态。不同初始含水率也会影响坡体破坏形式和破坏时间,初始含水率越高,坡体破坏规模越大,发生破坏所需的时间越少。随着坡体含水率的增加,坡体的基质吸力减少,抗剪强度降低,下滑力大于抗滑力,坡体最终发生破坏。     

非饱和堆积土边坡降雨–渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀—运移—沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下1维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨–渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨–渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

降雨与边坡地下水位关系的时间序列分析

针对边坡地下水位监测工程中存在的监测成本高且长期监测稳定性差的问题,提出以监测降雨量辅助地下水位监测的方案.考虑到降雨与地下水位的相关性,研究通过降雨量数据间接估计地下水位变化趋势的方法.将基于统计理论的单因素时间序列分析法,根据影响因素类别的数量拓展至多维空间,建立降雨-地下水位关系的多因素时间序列分析模型,探讨影响地下水位变化的各因素作用规律及滞后效应,分析降雨影响阈值.将建立的降雨-地下水位分析模型应用于官家村滑坡工程实践中,根据该滑坡的前期监测数据建立模型对地下水位进行长期预测,并与实测数据进行对比,验证了该模型在边坡地下水预测领域中的有效性.     

深埋式中心水沟排水隧道渗流场解析研究

以镜像法和渗流力学理论为基础,推导半无限平面内深埋式中心水沟排水隧道渗流场及涌水量的解析解.依托深埋式中心水沟排水隧道工程实例,应用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,从隧道涌水量、衬砌水压力两方面验证所得解析解的正确性,探究隧道水下埋深、围岩渗透性对衬砌水压力的影响规律.研究结果表明,深埋式中心水沟涌水量大、有效排导能力强,是隧道排水体系的主要排水路径,也是控制隧底水压力的关键;即使在隧道水下埋深较大或围岩渗透性较好的情况下,深埋式中心水沟排水方式仍可以有效降低衬砌水压力,控制隧底水压力,减少因隧底水压力过大导致的病害的发生.     

大岩淌滑坡非饱和渗流情况下的稳定分析

对大岩淌滑坡暴雨期的非饱和渗流场进行了计算 ,同时考虑了排水的作用 ,并应用弹粘塑性有限单元法对滑坡体在非饱和渗流场作用下的稳定性进行了分析评价 .结果表明 ,有效地降低滑坡体中的地下水位 ,可以明显地提高其整体稳定性 .     

岩溶隧道工程修建对地下水环境的影响

岩溶地区隧道施工期涌突水危害巨大,而大量输排地下水又会引发一系列的地质灾害。对中梁山隧道水文地质进行分析,采用遗传算法优化BP神经网络并对渗透参数进行反演,研究了隧道工程不同埋深、排水量对地下水环境的影响规律,并探究了隧道施工期和运行期地下水环境随时间的演变规律。结果表明：富水岩溶地区隧道具有从隔水层到含水层界面处涌突水风险最大的特点;开挖隧道时隧道高程越低、排水量越大,地下水环境变化越大;隧址区降落漏斗呈现出南侧小于北侧、东侧小于西侧的特征。现有施工期排水条件下施工地下水位下降很快且不能恢复到原水位,建议该地区在隧道施工期控制排水量,并在施工期及运营期采取保护地下水环境的措施。     

地表径流与地下渗流耦合的水动力数学模型

深入研究暴雨作用下地表径流与地下渗流过程,对山洪与滑坡灾害防治意义重大.然而,迄今为止对地表与地下水流的相互作用机制的理解还极为有限.基于地表完整一维浅水动力学方程与地下二维饱和-非饱和渗流方程,建立地表径流与地下渗流耦合水动力数学模型,并分别运用WAF-TVD二阶数值格式和ADI法进行离散求解.与现有实验数据比较,结果表明该模型能更好地模拟坡地的降雨产流和下渗过程.该计算模型具有健全的物理机制,将为深入研究地表-地下水流运动过程提供理论基础,有助于增强山洪与滑坡风险预测的可靠性.     

明溪烽林场滑坡形成机理及防治措施

明溪烽林场滑坡是福建省少见的缓倾角土质滑坡,滑坡位于丘陵小盆地的腹地,处于沉积碎屑岩与侵入岩接触带上,场地坡度较平缓,作为烽林场建设用地后,对场地进行了全面改造,在强降雨作用下诱发滑坡.后缘大量弃土堆载、前缘过度开挖为滑坡形成创造了良好的条件,接触带附近常年地下水排泄区沉积了厚度较大的有机质土隔水层,地下水具有承压性质,在强降雨作用下,后缘填土在自重及静水压力作用下失稳变形,并向中部及前缘产生强大的推力,中、前缘土体在推力及地下扬压力水顶托下,产生鼓胀变形,形成较明显的推移式滑坡特征.分析了滑坡变形特征,对滑坡成因及形成机理进行了探讨,在此基础上,提出科学合理的治理工程措施,治理工程完成近3年来,取得了良好的效果.     

基于GeoStudio有限元模拟库水位骤降滑坡渗流场研究

文章对库区滑坡在库水位骤降作用下渗流场变化进行研究,应用GeoStudio有限元模拟库水位骤降而产生的地下水渗流场变化,分析滑坡渗流场的变化情况,分析库水位骤降对地下水渗流影响情况。     

银川平原主要水环境问题及其对策

基于野外调查、取样分析以及遥感影像等,介绍了银川平原水文地质条件及水资源利用概况,探讨了土壤盐渍化、湖泊湿地萎缩、地下水盐化、地下水超采以及土地荒漠化等水环境问题及其演化成因。结果表明:银川平原地下水主要接受渠系渗漏及灌溉入渗、大气降水入渗、平原周边地下侧向径流、洪水散失、黄河水等补给,地下水排泄方式主要是排水沟排泄、蒸发和人工开采等,大部分地区潜水埋深在3m以内;地表水主要来源于黄河引水,水资源利用效率不高;土壤盐渍化总面积8.17×10⁴hm²,呈逐年缩减的趋势,主要分布于银川平原北部,平原南部仅分布在邵岗东部、灵武东部秦渠和东干渠等;湖泊湿地总体呈逐渐减少趋势,主要分布在银川平原北部,永宁以北、平罗以南区域比较集中,滩涂沿黄河两岸分布;潜水总含盐量自西向东、自南向北不断增大;银川和石嘴山深层地下水超采严重,地下水降落漏斗面积已超过500km²;沙漠化土地分布在银川平原的东西两侧;土壤盐渍化及地下水盐化主要由潜水位埋深过浅,蒸发强烈造成的。最后,提出了防治上述水环境问题的对策:进一步加强水资源管理以及地表水与地下水联合调配;提高农业水资源利用效率;完善田间工程配套,实现渠道防渗管道化;改进田间灌溉技术;严格污水排放,积极开展污水净化处理,实行污水资源化;加强对水土环境质量的系统监测。     

强降雨作用下昔格达边坡渗流特性及稳定性分析

昔格达地层分布于中国西南,其工程性质极差。为分析上覆第四纪残坡积物的昔格达组粉砂土边坡在强降雨作用下的渗流特性及稳定性,结合石棉县莫家岗滑坡,用数值模拟方法研究坡体渗流规律;用Morgenstern-Price方法计算各时刻坡体稳定性系数,并分析其变化规律。结果表明：雨水在坡体中逐层入渗,雨停后渗流过程将继续发展,由于存在土层分界面,坡体渗流特性不同于均质坡体;降雨过程中,孔隙水压力发生增长的范围在界面附近加速拓展,雨停后,土层分界面附近第四纪残坡积物仍处于近饱和状态;降雨入渗导致坡体边坡稳定性系数下降,且稳定性系数变化对降雨的响应存在滞后性。     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。