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。     

降雨入渗规律的实测与分析

关于降雨入渗可降低土坡的稳定性的研究很多,其机制也逐渐趋明确。然而,一场降雨对土坡稳定产生影响的入渗雨量计算问题还没有得到很好地解决。Holten等研究者的一些计算入渗量的方法在土坡的实际应用中难以满足精度要求;而一些有限元的边界处理方法则建立在假定的入渗规律基础上,多少存在不足。研究设计了室内降雨入渗土柱试验,在初步揭示降雨入渗过程和规律基础上,探讨了准确反映降雨入渗量的有限元计算方法,并通过数值试验进一步揭示室内试验未能明确的降雨入渗规律。     

基于COMSOL Multiphysics的非饱和裂隙土降雨入渗特性研究

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随...     

非饱和土入渗的数值模拟

入渗引起土中孔隙水压力的变化,是影响非饱和土性状的最重要的原因之一。因此,正确地分析和模拟非饱和土入渗过程具有重要意义。通过对一维和二维降雨入渗问题的研究,展示了湿润锋面、地下水位面及孔隙水压力分布随时间的变化,使得对入渗问题的认识更加直观和清楚。     

降雨入渗条件下非饱和土朗肯土压力分析

传统的土压力分析仅考虑了土体饱和强度对土压力产生的贡献,忽略了基质吸力及其变化对土压力的影响。运用非饱和土有效应力原理和饱和土朗肯土压力公式推导了非饱和土朗肯土压力公式,结合Iverson降雨入渗解析解,推导出降雨入渗条件下非饱和土压力公式。该公式将降雨入渗时的非饱和土压力表示为时间和深度的函数,更符合实际情况。研究结果表明：采用该方法计算得到的土压力值相对于传统计算结果偏大,作用点偏高;此外,随着降雨的发生、入渗和停止,主动土压力呈现“减小-增大-减小-稳定”趋势,被动土压力呈现“增大-减小-增大-稳定”趋势,该现象由降雨过程中基质吸力改变所致。由该公式获得的土压力分布及变化规律可用于挡土工程结构的设计。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

降雨往往是引起边坡失稳的主要促发因素.根据某算例,采用极限平衡分析方法,讨论了土体的初始体积含水率、降雨的强度、降雨时间对边坡稳定性的影响程度.     

非饱和粉质黏土坡面降雨非正交入渗试验研究

传统降雨入渗分析是以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨的非正交入渗规律。为了研究非饱和粉质黏土的非正交入渗规律性,首先通过对正交入渗理论的综述,揭示并分析目前降雨入渗理论在坡面流模型和边界条件方面的缺陷。采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和粉质黏土进行不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,结果表明,非饱和粉质黏土坡面降雨入渗是并非简单正交分解入渗而是非正交入渗;对于坡角和孔隙比为定值的土坡,具有最大坡面入渗的最优雨强;土的孔隙比越小,降雨初期入渗率随时间变化越快,入渗率趋于稳定状态越快;入渗率和累积入渗量并不是随坡角的增大呈单调变化,而存在对应入渗水量最少的最优坡角。     

成都黏土降雨入渗规律研究

成都黏土作为一种典型的膨胀土,具有很强的水敏性,其降雨入渗规律较复杂.结合现场试验和数值计算结果,分析不同降雨条件下的降雨入渗规律.研究表明:降雨入渗深度范围内大部为非饱和区,降雨入渗深度主要受降雨时长、孔隙率和基质吸力控制,降雨入渗饱和深度主要受降雨强度、孔隙率和饱和渗透系数控制,成都地区单日降雨情况下,降雨入渗深度...     

降雨入渗补给规律分析

本文依据我站地中蒸渗计和气象站的实测资料,重点从岩性、潜水埋深、降雨情况等方面对潜水的降雨入渗补给规律进行了分析总结,进而对确定入渗补给量和入渗补给系数的复杂性进行了初步的分析。     

降雨入渗条件下非饱和路堤变形与边坡的稳定数值模拟

对于常常处于非饱和状态的路堤在降雨入渗条件下变形问题的数值模拟研究,由于涉及到非饱和土力学,一直是个热点和难点。现有的强度折减有限元法一般仅对强度指标进行折减,但折减后得到的路堤变形场与实际变形场存在一定差异。论文分析认为,在降雨入渗影响下非饱和路堤不仅强度参数会降低,而且变形参数也会随着应力水平和强度参数的变化而变化。采用基于变模量的弹塑性强度折减法,对不同降雨入渗深度下路堤的变形规律进行数值模拟,并与室内模型试验结果进行比较;同时采用强度折减法和极限平衡法中的Bishop法,分析了不同降雨入渗深度对非饱和路堤稳定性和滑弧变化特征的影响规律。     

降雨入渗影响下边坡中的非饱和渗流特性

为了分析降雨入渗影响下非饱和土坡渗流特性,利用自制降雨模拟系统和实时监测系统,对降雨诱发非饱和土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,研究不同降雨条件下,不同坡度、不同压实度边坡坡体不同位置雨水入渗率和湿润峰的实变规律.结果表明:降雨入渗条件下,陡坡和高压实度土体不利于雨水入渗,而缓坡和低密实度土体入渗率变化快;实际土体吸力和含水量实时变化规律不同步,提出试验湿润峰概念,含水率（吸力）湿润峰点可按含水率（吸力）实时曲线的过渡区和雨后残余含水率（吸力）的线性交叉点确定;考虑单向吸湿或脱湿路径下土体含水率和吸力具有唯一对应关系,含水率湿润峰点与吸力湿润峰点的绝对值时差即为形成湿润峰所需时间;对比湿润峰实测值与Lumb半经验值散点分布规律,基于Lumb湿润峰深度计算公式提出非线性修正表达式.      

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。     

无时间差分变量的非饱和土渗透计算

在得出理查兹渗透方程近似精确解基础上，建立无时间差分变量的隐式差分计算格式。在该差分方程中，将渗透深度分为传导渗透与扩散渗透两部分深度。为了减少直接计算岩土含水量系数所产生的误差，将上述的两部分渗透深度函数表达式代入隐式差分格式，在节省大量计算时间的基础上，求得较为精确的计算结果。文中给出了该方法与普通隐式有限差分法对粘土、壤土渗透深度曲线计算结果的对比。     

非饱和土壤渗透方程的简化差分计算

在对进查北（L．A.Richards)渗透方程提出的近似精确基础上，研究了菲利普（J.R.Philip)以粘土为例的渗透速度计算公式，并对非饱和土壤中长时间渗爱时出的误差及及原解的缺陷加以修正，提出了更简捷合理的无时间差分变量计算模型，给出了渗透速度随时间的过程线、渗透深化度与土壤湿度的变化曲线。该方法经过大量验证，可以得出结论，它对砂土、壤土中的渗流也适用，与常用的时间差分方法比较，该法得出的土壤渗透湿度深度曲线是正确的，且计算时间显著和，消除了时间迭代误差。     

Time-Variant Reliability Analysis of Unsaturated Soil Slopes Under Rainfall

Time-variant reliability analysis for a typical unsaturated soil slope is performed. Eight rainfall conditions are considered, and three slope models are set up for studying the influence of shear strength parameters, hydraulic conductivity parameters, rainfall intensity and duration on the reliability of the soil slope. Sensitivity analysis shows that when the saturated hydraulic conductivity (k _s) is very small, the variation of hydraulic conductivity has little effect on the reliability index (β). For saving the computation effort, only the shear strength parameters are needed in performing the reliability analysis in this condition. With the increase of k _s, the importance of hydraulic conductivity becomes large. The reliability index of the soil slope is changing with time (t), and the shape of β–t curves for different slope model is quite different for they depend on the value of k _s. When k _s is very small, β keeps decreasing for all the 18 simulation days. With the increase of k _s, β decreases to its minimum value at about the cessation day of rainfall events, and it then increases gradually due to the redistribution of suction in the soil slope.     

鄂西清江水布垭库区鹰嘴岩崩塌体成因机理分析

鹰嘴岩崩塌体为典型的逆向岩层崩塌,属于拉裂式崩塌,该崩塌的形成受地形地貌、地层岩性、地质构造、大气降雨等因素的控制。由于崩塌体上部岩层和下部岩层坚硬,中间存在软弱夹层,构成了三明治式的地层岩性组合形式,这种地层岩性组合是造成鹰嘴岩崩塌体失稳的重要因素,另外,当大气降雨渗入危岩体裂隙,加速了崩塌的发生。本文对鹰嘴岩崩塌体地质环境条件及该崩塌体的成因机理进行分析,结果表明鹰嘴岩崩塌体目前处于不稳定状态,随着现存危岩体上裂缝的不断发展变化,鹰嘴岩崩塌体有再次发生崩塌的危险。     

鄂西磷块岩沉积序列

鄂西震旦系陡山沱组磷块岩共有五个层位,根据每一层磷块岩的自然类型、结构构造和物质组分等在剖面上的变化,提出了磷块岩的宏观和微观沉积序列,探讨了序列中磷质颗粒类型与基质及胶结物之间的联系,并按沉积序列的发育程度划分出完整型、不完整型和无序型三种,提出了序列类型与磷块岩工业品位之间的关系。     

湖北恩施地区土壤-植物系统中Se元素的地球化学特征

在对恩施地区典型农业活动区——芭蕉、长平和鱼塘坝三地土壤中Se元素含量进行调查的基础上,通过与富Se土壤质量标准进行对比,发现除长平地区外,其余两地分别属于富Se和高Se地区,并通过土壤理化性质、形态分析和土壤中所生长的植物进行比较,初步研究了Se在土壤-植物体系中迁移转化的规律。结果表明：整体来看,鱼塘坝地区属于超富Se地区,植物中Se的含量也最高,长平地区属于非富Se地区,芭蕉地区则属于中等富Se地区;植物对Se的吸收受一定的土壤理化性质的影响,不同类型的植物对Se的吸收富集相差较大;形态分析研究表明,鱼塘坝地区土壤中生物可利用的Se含量较高,而芭蕉地区土壤中残渣态Se的比例较高,表现为Se的生物可利用性低于鱼塘坝地区。