Numerical Simulation of Moisture Movement in Unsaturated Expansive Soil Slope Suffering Permeationq

This study develops a way of analyzing moisture movement in unsaturated expansive soil slope. The basic equations and the integrated finite difference method for moisture movement in unsaturated soils are briefly described, and the calculation code MFUS2 has been developed. The moisture movements in unsaturated expansive soil slopes suffering precipitation were simulated numerically. The simulation results show that expansion or contraction must be taken into account in an analysis model. A simplified equivalent model for calculating rainwater infiltration into expansive soil slopes has been developed. The simplified equivalent model divides the soil slope into two layers according to the extent of weathering of the soil mass at depth. Layer Ⅰ is intensively weathered and moisture can be fully evaporated or rapidly absorbed. The moisture movement parameters take into account the greater soil permeability caused by fissures. Layer Ⅱ is unweathered and the soil is basically undisturbed. The moisture movement parameters of homogeneous soils are applicable. The moisture movements in unsaturated ex- pansive soil slopes suffering precipitation were simulated numerically using the simplified equivalent model. The simulation results show that the moisture movement in the expansive soil slope under rainfall permeation mainly takes place in the extensively weathered layer Ⅰ which closely simulates the real situation.     

冻融循环下初始含水率对非饱和膨胀土剪切特性试验

为探究冻融循环条件下初始含水率对膨胀土偏应力-应变关系和剪切特性的影响,本文对不同初始含水率的非饱和膨胀土进行了不固结不排水三轴剪切试验。结果表明：1）非饱和膨胀土的偏应力-应变曲线的形式随含水率增大由应变软化逐渐转变为应变硬化,偏应力峰值随含水率增大而降低;2）非饱和膨胀土的抗剪强度随初始含水率的增加呈线性下降趋势;3）非饱和膨胀土在第1次冻融循环后偏应力及抗剪强度大幅度下降,在3~7次冻融循环后达到稳定。初始含水率是影响非饱和膨胀土力学性质的主要原因。     

非饱和土体降雨入渗的全过程数值模拟

采用Crank-Nicolson型差分格式建立了非饱和土降雨入渗的精细化数值模型,此模型对时间和空间均具有二阶精度。每个时间步长的计算采用迭代过程来提高计算精度,利用此计算模型对某一具体的降雨过程中土体含水量的变化进行了数值模拟计算。     

非饱和土中水流入渗和气体排出过程的求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气在气液交界面上满足的力学条件建立耦合方程,求解非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程。对标准砂进行的一维有压水流入渗试验和计算表明,孔隙气的排出过程影响孔隙水的渗流运动。数值计算与试验结果拟合较好。     

非饱和土热湿迁移的数值模拟

本文基于菲利普-迪弗瑞斯(Philip-De Vries)热湿耦合迁移模型,采用一维积分有限差分程序HM1,模拟了一维轴对称热湿耦合迁移问题。模拟中,有意识地调整水分热扩散率D_T,水分等温扩散率D_θ,热导率λ,得到了有关物性参数变化对土壤热湿迁移影响的规律;同时,又有意识地调整某些初始条件(初始含水率)及边界条件(输入热功率),取得了初始含水率及输入热功率变化对土壤热湿迁移影响的规律。这些规律性成果对埋地电缆敷设工程设计具有指导意义。     

冻融循环下加筋膨胀土边坡稳定性模型试验

控制边坡在冻融循环中的劣化作用,可保障季节冻土区域膨胀土边坡长期稳定。为确定土工格栅对膨胀土边坡在冻融循环过程中的稳定效果与工程意义,本文开展了膨胀土边坡模型试验,对比冻融过程中边坡内土压力、含水率、位移、温度变化。结果表明：土工格栅可约束膨胀土冻融裂缝,使裂缝发育更为均匀一致,同时减小边坡位移;加筋材料能抑制边坡水分迁移与热传导并减小土压力变化;对膨胀土边坡加筋处理可显著降低含水率波动幅值,从而减小膨胀土受含水率变化引发的胀缩劣化;不同于普通黏土,膨胀土边坡冻融循环中呈现冻缩融胀特点,而边坡加筋可有效提升冻土区膨胀土边坡的冻融稳定性,具有工程应用价值。     

江苏盐通高速公路膨胀土边坡稳定性计算

膨胀土边坡破坏具有浅层性、裂隙性和牵引性,对于膨胀土地区的高速公路,在降雨作用下,膨胀力对边坡稳定起控制作用。基于简布极限平衡法的思路和方法,对膨胀土边坡稳定性进行了分析,并推出了安全系数的表达式。     

基于DDA方法的膨胀土边坡稳定性研究

非连续变形分析方法（DDA）是近年来发展起来的数值计算方法,其以新颖的思想、先进的数值技术,得到了学术界的认可和广泛关注。针对宁明高速公路膨胀土路堑边坡破坏的特点,建立地质模型和计算模型,编制了二维DDA程序,对DDA理论模型进行了推广和发展,将非饱和土的本构模型引入程序。对非连续变形分析方法中的控制参数设置进行了探讨,应用DDA程序模拟了膨胀土边坡破坏特征。程序计算结果与工程实际情况比较吻合,验证了程序的合理性和有效性,分析成果可为设计、施工提供参考依据。     

考虑裂隙非饱和膨胀土边坡入渗模型与数值模拟

包含裂隙的非饱和膨胀土中的渗流具有随时间变化的特性。采用常规试验测定非饱和膨胀土膨胀时程曲线,定量地描述了膨胀土中裂隙在入渗过程中逐渐愈合的特征, 建立了考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡入渗的数学模型;用有限元数值模拟方法分析了边坡地形、裂隙位置、裂隙开展深度及裂隙渗透特性等对边坡降雨入渗的影响。结果表明, 坡上位置的裂隙对边坡入渗影响较大;裂隙对边坡入渗的影响随裂隙深度的增大而增大,且存在一最大的影响程度;裂隙的存在加快了膨胀土的入渗速率;考虑裂隙随入渗而愈合时, 入渗达到平衡的时间有所延长。     

膨胀土路堑边坡的滑坡机理分析

膨胀土作为一种特殊土,其路堑边坡开挖之后若不及时防护易出现小规模的浅层滑坡;这类滑坡呈圈椅状体,后缘多出现在坡腰及其附近。为了研究膨胀土路堑边坡的滑坡机理,本文采用数值方法研究了这类边坡浅表风化层、裂隙性及时间效应对滑坡机理及稳定性的影响。研究表明:强度分层、裂隙的存在和蠕变效应共同决定了膨胀土路堑边坡的失稳具有浅层、小规模、渐进性和滑坡后缘通常出现在坡体中部的特点。工程实例和监测结果表明:锚杆框架梁可以有效抑止膨胀土边坡裂隙的扩展和发展,阻止坡体的变形,是这类边坡一种有效的加固方式,值得推广。     

非饱和土壤渗透的快速数值计算

给出非饱和土壤渗透计算求解理查兹方程的有限差分法。该计算值与实测值吻合较好。这个方法使用了水土势双曲正弦变换的隐式差分格式。砂土、壤土及粘土范围内的渗透过程在微机上几十秒钟内即可被模拟出来,其误差很小。非饱和土壤的渗透特性可以划分为地表积水前、地表积水后及退水过程三种类型。     

非饱和土壤水分函数解析与Richards方程入渗新解

从土壤微观统计学角度出发，用各向均一无结构土壤“切片”孔径级配函数构建的统计毛管束模型和土壤水分分布依赖的力学原理，论证了理查兹方程中导水率、基质势、扩散率等水分函数和入渗率随充水度，土壤基质而变的机理、规律以及两者之间的内在联系，给出了相应的计算公式和可操作的参数确定方法。把迄今水分函数研究的纯经验相关现状提高到理论分析水平，使建立理论公式成为现实。     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以河南驻马店亚粘土为例

土壤水分运动参数的选取和确定是研究包气带中水分贮存和运动的基础.本文以河南驻马店亚粘土为例,进行了非饱和土壤水分运动参数的测定.通过将实测数据与经验模型拟合,将实验结果、计算结果和拟合结果进行了对比分析,发现所用的经验模型与实际数据吻合较好.研究结果表明选用的经验模型是可靠的,从而确定了土壤水分运动最优参数.     

非饱和土抗剪强度随含水量变化的试验研究

在土力学中,非饱和土的抗剪强度一直是研究人员所关注的重点。土体的抗剪强度随含水量的不同变化明显。试验以云南某重塑土为研究对象,采用常规直接剪切试验为手段,对不同含水量土样的抗剪强度参数进行测定。试验结果表明,土样的抗剪强度不是单调地随含水量的增加而降低,而是呈现出有起有伏的抛物线状,对进一步认识土体强度随含水量变化规律有积极意义。     

考虑入渗和蒸发影响的土坡稳定性分析方法

本研究建议的一种分析方法假定斜坡非饱和土体的水分运动参数及剪强度参数与饱和度的依赖关系均可根据实验或经验确定。通过数值计算方法妥任意给定的入渗和蒸发边界条件下斜坡土体的瞬态含水率分布及与其相对应的瞬态抗剪强度参数分布。在此基础上瞬态斜坡安全因数即可通过常规的稳定性分析方法求得。     

非饱和膨胀土非稳态渗流方程的参数探讨

在利用有限元方程进行计算非饱和膨胀土地基水分场变化的非稳态渗流问题时,参数渗透系数kw和水体积变化系数mw2取值至关重要.根据膨胀土地基基质吸力与含水量的变化过程,得到了水体积变化系数mw2并非常数,理论与计算说明与干密度的变化存在相关性.通过拟和探讨了渗透系数kw、水体积变化系数mw2与干密度的相关关系,并对比说明不考虑与考虑干密度影响情况下mw2和kw的数值的差别,干密度对这两个参数的影响规律是在吸力大时影响程度小,在吸力小时影响程度大.     

膨胀土胀缩特性试验研究

以南(宁)友(谊关)膨胀土大量的室内试验为基础,研究了膨胀土胀缩时程曲线特征,寻找膨胀土膨胀和收缩曲线的异同点,探求了土的初始含水量、干密度与膨胀变形量的定量关系等。     

Calculation of the Internal Forces and Numerical Simulation of the Anchor Frame Beam Strengthening Expansive Soil Slope

Anchor frame beam is an excellent method for strengthening the expansive soil cut slope. It can effectively prevent cracks and fissures of expansive soil slope from expanding. There are plentiful engineering experiences that are important for the design of anchor frame beam. However its design theory is still not uniform and there is not any code to be followed. The assumption of Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory are used for calculating the internal forces of the frame beams. At the meantime FLAC^3D software is used for simulating anchor frame beam strengthening expansive soil cut slope. Main parameters, such as length, range interval and angle of the anchor, are researched so as to acquire how to influence slope deformation. The internal force distributing of different length beams is analyzed. The results indicate that it is absurd to design frame beams just by expansive force. It is suggested that the internal forces of pre-cast and cast-in-place beams be calculated with Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory. The numerical results show that ratio of slope has an impact on the slope deformation, and that the angle and the range interval of the two neighboring anchors influence the slope deformation. The pertinent proposal for designing frame beam is offered based on an actual project so as to optimize the design.     

土壤非饱和带中的优先流

优先流是近年来研究土壤水运动所提出的术语。在某些条件下,水分在非饱和带中的运移不是简单的一维垂直向下流动,而是越过大部分土壤的体积沿着优先途径流动。优先流通常分为三类:大孔隙流,漏斗流,指流。本文分别介绍了这三类流动形式,并回顾了有关优先流的理论和实验的研究成果。     

土壤包气带中气体对入渗水流运动影响的实验研究

利用专门的实验系统,研究了降雨入渗过程中土壤包气中气压势形成、发展和消亡的规律及其对下渗水流运动的影响。结合成因分析,探讨了气压势形成的条件;审视和解释了气压势与土壤水总势能和地下水位的相互关系。实验结果表明,在地下水位埋深较浅的条件下(<2m),积水入渗时所形成的气压势将使下渗量减少1/3。