土体非饱和渗透特性对降雨入渗的影响

降雨入渗影响下的土体非饱和渗透特性是一个非恒定非饱和的变化过程,探究土体非饱和渗透特性对降雨入渗的研究具有重要意义。基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同非饱和渗透特性条件下的降雨入渗过程,探究了不同渗流特性与稳定入渗强度的关联性。结果表明:当饱和度较低时,通过改变参数所反映的基质吸力对土体的稳定入渗强度影响显著;当饱和度接近１时,土体的入渗强度影响几乎不受基质吸力的影响。土体稳定入渗强度极值点的位置主要由本征渗透性的决定,而极值点的位置则受土水特征关系、水相对渗透关系、土体本征渗透系数的共同影响。     

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。     

Q3原状黄土与重塑黄土的土水特性研究

黄土土水特征曲线与其强度、渗流及本构关系等密切相关。为研究Q3黄土的土水特性,分别进行了Q3原状黄土和重塑黄土的土水特征曲线测试,并用经典的B-C模型和V-G模型对试验结果进行拟合,分析孔隙比对Q3重塑黄土土水特性的影响。结果表明:原状黄土土水特征曲线分为快速减小、缓慢减小和稳定3个阶段,进气值为20kPa左右,随土体排水,空气进入孔隙内部,吸力逐渐增大,稳定阶段土体饱和度很低,土体处于大吸力段,孔隙排水不明显;重塑黄土土水特征曲线整体趋势与原状黄土一致,但孔隙比对其影响较明显,当孔隙比较大时,体积含水率降低引起吸力明显增加,进气值较小,孔隙比较小时,随着吸力值增加,体积含水率降低速率较小,随着孔隙比减小,土体进气吸力值逐渐增大;采用B-C模型和V-G模型与原状黄土试验结果进行对比,B-C模型低吸力段拟合效果不佳,高吸力段拟合较好,V-G模型整体拟合效果良好。     

边界透气性对降雨入渗的影响

基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同透气边界条件下的降雨入渗过程,探讨了边界透气性对稳定入渗强度、孔隙气压分布和饱和度分布等的影响。边界透气条件是渗流计算中的一个重要控制条件,传统计算多为定性研究,通过量化透气条件,分析边界透气性对降雨入渗的影响。结果表明:稳定入渗强度与边界透气性密切相关,边界透气性越小,稳定入渗强度受透气性影响越敏感,其敏感性随边界透气性增大逐渐降低,边界透气性对稳定入渗强度的影响呈对数关系。此外,边界透气性越小,降雨入渗过程中孔隙气压力越大,湿润锋推移速度越慢。     

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。     

多种因素作用下非饱和黄土边坡稳定性分析

通过拟静力法和Mogernstern-Price法结合计算地震工况下边坡的安全系数。考虑非饱和土基质吸力和渗透系数函数,运用SEEP/W模块计算降雨入渗时土体的孔隙水压力变化,并耦合SLOPE/W模块进行降雨工况和降雨地震耦合工况下的安全系数的计算。分析结果表明黄土边坡安全系数对水平地震荷载和坡度的变化更加敏感。降雨入渗条件下边坡的稳定性系数随降雨强度的增大先减小后缓慢增加。对归一化的曲线图进行分析可以发现,降雨量相同情况下水平地震荷载在0 g~0.3 g,坡度在15°~45°,拟静力法分析结果安全系数对坡度和地震的敏感性十分接近,且随坡度和水平地震荷载的变化趋势相同。     

降雨条件下非饱和土坡稳定性分析

降雨入渗是非饱和土边坡失稳的主要诱发因素。采用饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,以华蓥山地区某滑坡为模型,模拟降雨入渗引起的暂态渗流场,将计算所得到的暂态孔隙水压力分布用于考虑了基质吸力影响的土坡稳定系数的计算当中,分析了降雨强度和降雨时间对土坡稳定性的影响。分析表明:降雨时间越长,滑坡稳定性系数降低幅度越大,且降雨初期稳定性降低较快;土坡稳定性系数最小值发生在降雨停止后一段时间内,具有滞后效应。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

降雨入渗条件下兰溪市某防洪古城墙稳定性分析

基于ABAQUS有限元软件,建立了兰溪市某防洪古城墙渗流边坡稳定分析模型,采用渗流应力耦合计算方法模拟了在降雨入渗条件下古城墙边坡孔隙水压力变化过程,并比较分析了有防渗设施、有排水设施和无排水设施对墙后土体渗流特性和古城墙稳定性的影响。结果表明:在降雨入渗条件下,有防渗设施和无排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力不断增大,倾覆力矩也不断增大,不利于古城墙的稳定;有排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力通过排水通道得到了大幅度的降低,倾覆力矩也随之减小,更有利于古城墙的稳定。     

降雨对路堤边坡影响的数值模拟研究

以云南某路堤边坡工程为依托,利用GEO Studio有限元软件进行数值模拟,采用渗流-应力耦合的方式,研究降雨强度、降雨时长、土体渗透系数对边坡孔隙水压力及稳定性影响。研究结果表明：降雨强度越强,边坡表层的孔隙水压力上升就越快,边坡达到暂态饱和的区域也会增大;降雨持时的增长会使边坡表层孔隙水压力呈现先快后慢的上升特点,且暂态饱和区会由坡脚逐渐上移;土体渗透系数影响雨水的入渗速率,当其小于降雨强度时,边坡表层孔隙水压力变化明显,反之则不明显。边坡稳定性随着降雨强度、降雨时长、土体渗透系数的增大而降低,拟合后边坡稳定性与降雨强度呈指数递减型关系,与降雨时间呈线性递减关系,与土体渗透系数呈指数递减型关系。     

不同降雨工况下红黏土边坡持水响应规律与稳定性分析

以江西区域内典型红黏土边坡为研究对象,基于岩土非饱和渗流理论,建立红黏土边坡有限元计算模型,对4种典型降雨工况下红黏土边坡稳定性进行分析。结果表明,降雨强度、降雨持续时间均是影响红黏土边坡稳定性的重要因素;前期为常态时,边坡各参数指标均维持在初始稳定状态;降雨开始后,边坡安全系数呈减小态势,岩土体强度和稳定性降低,边坡中土体的孔隙水压力变大,体积含水量升高;越接近地表的土体降雨入渗响应越强烈,边坡不同位置处土体的降雨入渗影响程度依次为:坡肩>坡顶>坡面>坡脚>坡底;降雨入渗和互渗过程具有明显的滞后性,越靠近地表,孔隙水压力短期内变化越明显;土体干湿循环对边坡稳定性整体表现为负作用,且作用效果不可逆。     

基于微观孔隙通道的饱和/非饱和土渗透系数模型及其应用

从微观角度揭示土体变形对饱和/非饱和渗透系数的影响机理,建立相应的预测方法,对于饱和/非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的科学意义。利用流体力学理论,建立了微观孔隙通道渗透系数与等效孔径的关系,在此基础之上,结合毛细理论建立了饱和/非饱和渗透系数与土-水特征曲线的关系模型,并利用已有试验数据验证了模型的合理性。结合该模型与变形条件下土-水特征曲线预测方法,对变形条件下武汉黏性土饱和/非饱和渗透系数进行预测,结果表明黏性土在压缩变形条件下:饱和渗透系数呈数量级的减小,预测值与实测值均吻合较好;双对数坐标下,非饱和相对渗透系数在进气值之后随基质吸力增加而减小,不同初始孔隙比条件下其斜率近似不变,整体呈现"毛刷型"分布,相同基质吸力条件下,初始孔隙比越小,相对渗透系数越大;非饱和渗透系数,进气值之前近似为饱和渗透系数,进气值之后随基质吸力增大而减小,不同初始孔隙比的变化线近似重合。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。     

降雨入渗对边坡浅层稳定性的影响

为研究降雨入渗对边坡浅层滑动面稳定性的影响,基于非饱和渗流理论,分析浅层滑动面在降雨期和停雨期的渗透系数和孔隙水压力,得出了边坡浅层滑动面稳定性的变化规律。结果表明降雨期间,坡脚处孔隙水压力增大至饱和,坡顶处孔隙水压力持续增大接近饱和,停雨后坡顶处孔隙水压力降幅大于坡脚处;降雨前期各滑动面稳定性均持续减小,降雨后期坡顶滑动面安全系数趋于收敛,但坡脚滑动面安全系数仍持续减小;停雨后浅层滑动面安全系数均增大,深层滑动面则呈波动状态。     

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。