考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%～95.0%、92.0%～96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

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。     

云台山景区危岩体稳定性分析

通过对研究区地质环境条件和危岩体的特征分析,提出了研究区危岩体的两种成因模式,并根据岩石力学实验结果,运用静力解析法对于景区内的危岩体进行了定量判定。结果表明:在自然条件下,除个别稳定性较差外大部分危岩体稳定性较好;在暴雨和地震条件下,大多数危岩体的稳定性都较差。研究区内分布大量后缘无陡倾裂隙型危岩体,对它们详细研究表明,当砂岩危岩体在临空面上覆岩体厚度超过5 m、灰岩危岩体临空面上覆岩体厚度超过3 m时,其稳定性变得较差。研究结果为景区安全治理措施提供了依据。     

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.     

宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗。基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律。根据多孔介质分形理论及Hagen-Poiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域—基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化。基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征。结果表明：降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大。降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响。从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制。     

岩石单裂隙水力特性试验研究进展

岩石单裂隙渗流特性是研究裂隙岩体渗流的基础,由于岩体工程实践的迫切需要,国内外研究者众多.本文以岩石单裂隙渗流的数值模拟和实验室试验的研究内容为线索,综述了粗糙度、隙宽、曲折流、沟槽流、平行板模型等概念和应力、温度、各向异性、入渗水头、尺寸效应、溶解等因素对岩石单裂隙渗流的影响,最后给出了目前存在问题及展望.     

双层结构边坡降雨入渗与坡面径流耦合分析

天然土质边坡在地质和人为因素的作用下,通常呈现一定层状结构,在强降雨作用下会产生入渗和坡面径流。研究降雨条件下坡面径流与地表入渗相互影响过程,对山地洪水和滑坡灾害防治具有重要意义,然而,目前为止对层状土边坡地表与地下渗流的相互作用机制的研究理解还极为有限。本文针对上粗下细型层状土边坡降雨入渗研究中忽略坡面径流影响导致入渗分析不符合实际这一问题,基于Moore双层入渗和坡面径流控制方程建立耦合模型,并通过Python编制相应的计算程序分析耦合条件下双层结构边坡降雨产流及停雨后雨水重分布全过程。数值分析结果表明边坡土体降雨入渗过程与坡面径流深度有关;降雨初期降雨强度<坡面入渗能力,入渗速率等于降雨强度,坡面产流后入渗速率随降雨持时逐渐减小趋于稳定;当湿润锋跨过土层交界面时入渗速率急剧减小,最终等于次层土的渗透率,意味着上粗下细型层状土入渗速率主要由次层土控制同时降雨停止后径流快速衰退,已入渗的雨水在重力和湿润锋下方土体基质吸力的作用下继续向下推移,湿润锋入渗深度随雨水重分布历时趋于平缓。算例表明,该计算模型与计算方法可行,能够较好地反映实际层状土边坡的降雨入渗过程,为类似的层状土边坡研究提供计算依据。     

雾流降雨粒径及其在坡面上生成流动的深化研究

雾化水流是水利枢纽高速泄流时所形成的一种非自然降雨与水雾弥漫现象,其对高水头、大流量、复杂地质条件的水利枢纽安全运行的潜在威胁很大.通过实验研究及数值模拟对雾流降雨雨滴的粒径分布进行了探讨;采用基于水深平均的平面二维数学模型对雾流降雨在坡面上生成的流动进行了数值模拟,并特别关注了雾流降雨局域分布对坡面径流的影响.研究成果表明:1)雾流降雨雨滴中值粒径沿水舌风方向具有先沿程增大,达到最大值后再沿程逐渐减小的变化趋势,且其达到最大值的纵向位置与降雨强度达到最大值的纵向位置并不重合;雾流降雨雨滴中值粒径沿垂直于水舌风方向呈单调递减的趋势.2)雾流降雨因集中在局部区域,与自然降雨形成的坡面径流相比,其产流达到稳定的历时要高于自然降雨;水深与流速沿纵、横向变化的幅度要高于自然降雨,降雨强度大的区域水深与流速也大.     

Numerical analysis of rainfall infiltration in the slope with a fracture

1 Introduction It has been widely accepted that the rainfall infiltration through fractures is one of the most probable factors for slope failure. Recent studies have focused on the relationships between rainfall and slope failure, but the mechanisms of rainfall-induced slope failures have not been fully understood. As a result, many experiments and theoretical studies have been carried out to simulate the infiltration in the fractured soil[1—3]. Aimed at the infiltration in unsaturated rock …     

Numerical analysis of rainfall in filtration in the slope with a fracture

With the finite volume method, a 2D numerical model for seepage in unsaturated soil has been established to study the rainfall infiltration in the fractured slope. The result shows that more rain may infiltrate into the slope due to existing fracture and then the pore pressure rises correspondingly. Very probably, it is one of the crucial factors accounting for slope failure. Furthermore a preliminary study has been conducted to investigate the influence of various fracture and rainfall factors such as the depth, width and location of a crack, surface condition, rainfall intensity and duration. Pore pressure and water volumetric content during the transient seepage are carefully examined to reveal the intrinsic mechanism.     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明：降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

长潭水库最大暴雨及短时暴雨计算分析

以长潭水库流域的历史暴雨作为研究对象,运用数理统计方法,分析了长潭水库库内宁溪、白石等雨量站及临海等周边雨量或者气象站的日降雨记录资料短时降雨资料,建立了长潭水库设计暴雨时程分配雨型和设计暴雨面分布雨型．认为该水库最大暴雨和短时暴雨的推求,应充分考虑库区面雨量的权重和雨形成的气象特征,针对性地确定不同的站点,从而求出短历时的可能最大暴雨．从而为更好地比较和分析可能最大暴雨成果提供基础依据．     

裂隙岩体渗流的优势水力路径

优势水力路径是裂隙岩体中的主要渗透通道,是岩土工程中必须考虑和解决的问题。通过分析裂隙岩体渗流优势水力路径的形成机理及编制相应的分析程序,研究优势水力路径的主要表现形式及其应力相关性。研究表明,裂隙岩体中的优势水力路径客观存在于由连通裂隙簇、优势节理裂隙组、主干裂隙等形成的水力连通裂隙网络中,其分布与优势裂隙组和长大裂隙的分布及应力环境极其相关。通过分析裂隙岩体的优势水力路径,确定裂隙岩体中地下水的潜在渗透通道和分布状态,为边坡工程、地下工程等岩土工程的设计施工提供参考依据。     

岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析

雨水入渗改变了岩质边坡非饱和区渗流场的分布,是引发边坡滑坡的主要因素之一.在极限平衡理论和非饱和土抗剪强度理论基础上,引入了渗透力的概念,利用有限单元法进行了降雨条件下岩质边坡稳定性的分析.最后,利用编制的边坡稳定程序进行了算例分析,结果表明,岩体边坡的稳定安全系数随着雨水的不断渗入在逐渐地降低,即降雨入渗对边坡的稳定具有不利影响.     

基于正交试验设计的岩坡力学参数反演

对某岩坡Ⅲ区现场勘察后认为,该区为断层破碎带,属碎裂结构,岩体分级为Ⅳ级.由于地质情况复杂、岩体破碎以及边坡开挖引起的应力释放等原因,致使边坡岩体加固的力学参数用常规方法较难确定.运用正交试验设计的方法借助有限差分程序FLAC进行分析,以安全系数作为评价指标,模拟各参数不同水平的各种组合,对影响边坡稳定性的各因素进行了敏感性分析,并对边坡力学参数进行了反演,得出较为合理的力学参数,为边坡治理提供依据.     

Predicting the height of water-flow fractured zone during coal mining under the Xiaolangdi Reservoir

It is very important to determine the extent of the fractured zone through which water can flow before coal mining under the water bodies.This paper deals with methods to obtain information about overburden rock failure and the development of the fractured zone while coal mining in Xin'an Coal Mine.The risk of water inrush in this mine is great because 40% of the mining area is under the Xiaolangdi reservoir.Numerical simulations combined with geophysical methods were used in this paper to obtain the development law of the fractured zone under different mining conditions.The comprehensive geophysical method described in this paper has been demonstrated to accurately predict the height of the water-flow fractured zone.Results from the new model,which created from the results of numerical simulations and field measurements,were successfully used for making decisions in the Xin'an Coal Mine when mining under the Xiaolangdi Reservoir.Industrial scale experiments at the number 11201,14141 and14191 working faces were safely carried out.These achievements provide a successful background for the evaluation and application of coal mining under large reservoirs.     

Effect of fissure water on mechanical characteristics of rock mass

In view of the effect of fissure water in fractured rock mass on the strength of rock mass in engineering projects,we prepared specimens of cement mortar to simulate saturated rock mass with continuous fractures of different slope angles.By exerting static and dynamic loads on the specimens,the mechanical characteristics of rock mass with fissure water under these loads can be analyzed.Our experimental results indicate that the static compressive strength of saturated fractured rock mass is related to the slope angle.The lowest compressive strength of fractured rock mass occurs when the slope angle is 45°,while the highest strength occurs when the specimen has no fractures.Fissure water can weaken the strength of rock mass.The softening coefficient does not vary with the slope angle and type of load.The hydrodynamic pressure of fractured rock mass gradually increases with an increase in dynamic load.For a 0° slope angle,the hydrodynamic pressure reaches its highest level.When the slope angle is 90°,the hydrodynamic pressure is the lowest.