神东矿区降雨入渗补给强度研究

神东矿区煤炭资源开发与水资源短缺矛盾的日趋严重,实现地下水资源可持续开发利用,为能源基地建设与开发提供水资源保障迫在眉睫。而实现此目标的前提是准确的计算和评价现有的水资源。研究表明,区域地下水循环方式主要以垂向交换为主,作为地下水资源评价中补给量的主要构成部分,对该研究区降雨入渗量的研究具有十分重要的意义,以前评价地下水资源量时对降雨入渗量的给出大多采用经验估算的方法,此方法存在较大误差。在广泛调查神东矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟工具建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟神东矿区内不同地段降雨入渗强度,得出入渗补给系数,为评价区域地下水资源量提供科学依据,拟合出的研究区各岩性水文地质参数也可用于类似区域的水文地质计算。     

阿特拉津农药在包气带内运移模拟

对植物根区(土壤层)及渗流区(作物根区以下潜水面以上包气带部分)农药的行为进行了数学描述．应用植物根区数学模型模拟了旱田除草剂阿特拉津农药在研究区包气带中的行为．模拟结果表明,吸附系数较小、降解半衰期较长和在水中的溶解度较大的阿特拉津农药可长期残留在包气带内,并且能够随降雨入渗进入潜水含水层而污染地下水．     

膨胀土基坑边坡降雨入渗的一维数值模拟

应用非饱和膨胀土一维降雨入渗模型,模拟膨胀土边坡在降雨入渗条件下的水分运移规律,通过数值计算, 求得边坡在任意时刻任意位置的体积含水率;并分析了降雨强度、水分扩散率以及导水率变化对边坡水分运移的 影响.计算结果可以用矩阵的形式和三维空间曲面的形式表示出来,方便应用.     

一个考虑浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型

基于经典Green-Ampt入渗模型,建立了考虑任意降雨强度下浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型.针对4种不同渗透性质的土样,将此模型的解析解与数值模拟结果进行对比分析,结果表明:所建的降雨入渗物理模型及其数值解的最大积水时差仅为0.274 h,最大相对累积入渗量误差仅为3.204%,验证了该修正模型的合理性.同时以砂质壤土为例,利用该模型分析不同地下水位埋深对降雨入渗的影响.分析表明:雨水入渗速率、累积入渗量以及积水时间受地下水位埋深的影响较小,而湿润锋深度随着降雨历时的增加受其影响逐渐明显.     

不同降雨条件下裂隙性土质边坡渗流特性分析

降雨入渗条件下裂隙性土质边坡稳定性与降雨强度及降雨类型密切相关.为探究不同降雨强度及不同降雨类型对裂隙性土质边坡降雨入渗过程的影响,运用Geo-studio有限元分析软件中的Seep/w模块,研究了不同裂隙深度及孔隙比的裂隙性土质边坡在小雨、中雨及大雨情况下分别经历前锋型、平均型、中锋型及后锋型4种不同降雨类型的渗透特性,得到了裂隙面的孔压与体积含水量变化规律,结果表明:存在临界渗透比ε′,渗透比大于ε′,体积含水率及孔压随埋深增大而增大,反之,随埋深增大而减小.渗透比大于临界渗透比,不同雨强及雨型条件下土体体积含水率及孔压随埋深变化均呈反S型,拐点深度由裂隙深度决定.不同降雨类型使某一时段内土体体积含水量及孔压在数值上产生差异.不同降雨强度决定裂隙边坡土体渗流过程的控制因素,降雨强度大于土体入渗强度时,降雨入渗由土体渗透系数控制,降雨强度足够大时,不同渗透比下的裂隙土体体积含水率变化趋势将会相同.     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

降雨渗流对堆积型滑坡稳定性影响的数值模拟 －以贵州大榕滑坡为例

降雨是堆积型滑坡失稳破坏的主要诱因之一,滑坡的失稳和破坏与雨水渗流紧密相关。选取贵州省岑巩县大榕滑坡为研究对象,大榕滑坡为典型的古滑坡堆积区失稳,通过详细分析该堆积型滑坡形态特征、地层岩性、物质结构及变形特征,根据工程水文地质条件建立数值计算模型,利用饱和-非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时滑坡堆积体的瞬态渗流场,将计算得到的瞬态孔隙水压力和基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响用于滑坡极限平衡分析,根据渗流场和应力场数值耦合分析不同降雨雨型、强度、历时对滑坡稳定性的影响。研究表明:降雨是滑坡持续变形并失稳的诱发原因,与降雨类型相比降雨强度对滑坡稳定性影响较大;滑坡稳定性在降雨结束后延滞一段时间达到最小,此时对滑坡的稳定性最不利,随后稳定性逐渐上升。     

干旱地区黄土包气带水分分布规律

为了研究干旱地区黄土土基包气带内水分分布状态,依据非饱和渗流理论,研究了干旱地区黄土土基包气带内水分分布规律,得出了水分分布的理论规律,并用3个工程的实测数据验证了该理论规律。研究结果表明:干旱地区降雨量少且大气蒸发能力强,地下水位埋深超过6m时,土基中水分分布可近似处于稳定状态;非饱和渗流理论分析结果表明,正常毛细水带高度等于土基的进气值,包气带内土基的饱和度S与深度z呈幂指数关系;干旱地区的3个黄土工程实测值与包气带水分分布规律吻合度高,相关系数达到0.821~0.981,包气带水分分布规律适用于黄土原状土基和填土土基;依据3个工程实例得到水分分布规律参数α和β值,α在3.40~5.13m之间,β在-1.32~-1.08之间;研究成果能为干旱地区土基水分分布规律的进一步研究与黄土强度变形参数测试时含水量控制提供参考依据。     

基于GIS对柴达木盆地地下水防污性能的分析

为了查明柴达木盆地地下水的防污性能,通过地下水水位实测及包气带岩性调查等工作,选取地下水位埋深、含水层介质、入渗补给强度、含水层富水性和包气带介质5个因子,利用DRASTIC模型和mapgis软件的区叠加功能,对整个盆地的地下水防污性能进行分区。结果表明:地下水防污性能好的区为丘陵区和山区,中等的区为高海拔平原、台地,较差及差的区位于湖积平原及德令哈、大柴旦和乌兰地区。总体上,人类活动较密集的湖盆平原地下水防污性能较弱,人类活动较少的山区地下水防污性能较好,这一结论可为区域发展提供参考。     

降雨入渗对粗粒土路堤变形与稳定性的影响

针对土石混填粗粒土路堤,分析其降雨入渗机理,得到固定颗粒粒径时的总吸力随饱和度衰减规律,对比降雨入渗深度计算公式.根据饱和土强度折减规律,采用强度折减简要模拟降雨入渗效果,并结合工程实践建立数值模型,对降雨入渗作用下粗粒土路堤变形及稳定性进行计算分析.工程实例计算结果表明:降雨入渗对路堤变形影响明显,随着入渗深度增加,路堤附加沉降增大,当单次入渗深度为2 m时,附加沉降可达1.30 cm;降雨入渗对粗粒土路堤稳定性也有明显影响,入渗作用扩大路堤塑性区范围,降低路堤稳定性.     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

绿洲地带非均质土层分界面处土壤水分布特征

在研究沙漠边缘绿洲地带水分运移的过程中，发现了包气带非均质土层界面处，土壤水分布不连续性的特征。其原因是土壤水运动是在相应的基质势梯度作用下发生的，而并不需要对应的含水量梯度。这在研究田间含水量的植物根区的土壤水流、降雨入渗和灌溉水入渗补给地下水和河渠水入渗补给地下水机理领域中均具有重要意义。在实际工作中，必须区分饱和状态与饱和状态水流运动特征，否则会造成不应有的误解和错误。     

考虑二维降雨入渗的非饱和土边坡稳定性分析

以非饱和土边坡体积含水率为控制变量,基于非饱和土水分运移基本方程建立了二维降雨入渗计算模型,并编制了计算程序.充分考虑降雨中的水平和垂直入渗及降雨过程中土体入渗能力的变化,建立了可考虑体积含水率变化的非饱和土边坡稳定性分析模型,实现了边坡稳定性的实时分析,并可搜索最危险滑裂面.通过具体工程案例的分析可知,边坡中的体积含水率与边坡的稳定性有密切的关系,其中边坡初始含水率影响最大,而降雨强度则较小.降雨对浅层边坡稳定性影响较大,随着降雨时间的增加,含水率由浅到深逐渐减小,而最危险滑裂面则逐渐向浅层移动.     

西南某机场高填方边坡于不同降雨条件下的变形影响研究

边坡稳定性问题一直是工程地质方面比较突出的问题。在稳定性分析过程中,高填方边坡的不稳定变形是工程设计、治理的核心问题。降雨入渗不仅仅会造成岩土体抗剪强度直接降低,还会改变滑坡体中非饱和区渗流以及地下水水位线,致使不稳定边坡动、静水压力改变,使边坡稳定性朝不利方向发展。所以当不稳定边坡与雨水入渗有着密切的关联。因此,分析降雨入渗情况下边坡饱和-非饱和渗流场,然后分析饱和-非饱和渗流影响下边坡稳定性发展,具有重要的意义。本文针对高填方边坡,研究了降雨对其稳定性的影响,对降雨入渗情况下西南地区某机场滑坡的渗流场特性进行了数值计算与理论分析,在此基础之上,用数值计算方法对滑坡体的稳定性进行了研究。主要利用了三维有限差分地下水流动数值模拟并结合前期勘察资料来模拟不同降雨条件下的地下水位等值线分布状态,以及FLAC 3D数值模拟软件结合地下水位等值线,对不同降雨条件下高填方边坡变形情况进行研究分析。得到了不同降雨条件下的渗流场模拟情况以及相对应的变形影响。     

Numerical simulation of effects of rainfall infiltration parameters on transient saturated areas of coarse-grained soil embankment

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明:降雨强度q与饱和渗透系数k_sat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q/k_sat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与k_sat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

降雨条件下边坡稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化饱和-非饱和渗流问题的应力场和渗流场来计算,考虑在降雨入渗过程中滑动面抗剪强度的影响,研究降雨入渗过程对边坡的安全系数的影响.应用瞬态的饱和-非饱和二维有限元渗流模型,对降雨条件下的边坡的稳定性进行了模拟,模拟的数值计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小.     

西南某机场高填方边坡于不同降雨条件下的变形影响

边坡稳定性问题一直是工程地质方面比较突出的问题。在稳定性分析过程中,高填方边坡的不稳定变形是工程设计、治理的核心问题。降雨入渗不仅仅会造成岩土体抗剪强度直接降低,还会改变滑坡体中非饱和区渗流以及地下水水位线,致使不稳定边坡动、静水压力改变,使边坡稳定性朝不利方向发展。所以,当不稳定边坡与雨水入渗有着密切的关联。因此,分析降雨入渗情况下边坡饱和-非饱和渗流场,然后分析饱和-非饱和渗流影响下边坡稳定性发展,具有重要的意义。针对高填方边坡,研究了降雨对其稳定性的影响。对降雨入渗情况下西南地区某机场滑坡的渗流场特性进行了数值计算与理论分析,在此基础之上,用数值计算方法对滑坡体的稳定性进行了研究。主要利用了三维有限差分地下水流动数值模拟,并结合前期勘察资料来模拟不同降雨条件下的地下水位等值线分布状态,以及FLAC 3D数值模拟软件结合地下水位等值线,对不同降雨条件下高填方边坡变形情况进行研究分析,得到了不同降雨条件下的渗流场模拟情况以及相对应的变形影响。     

农作物有效潜水蒸发试验研究

在潜水埋深较小的地区,潜水蒸发对农作物的影响很大．本文通过对小麦在不同潜水埋深、不同生长季节情况下的潜水蒸发和有效降水灌溉量的分析,得出了小麦在不同时期的需水量、潜水蒸发量以及全生长期的有效潜水蒸发系数,从而可以有目的地确定灌溉时间和水量,充分利用地下水,节约地表水资源．     

陕北风沙滩地区浅层地下水氮污染及其预测

以陕北风沙滩地区地下水"氮污染"为研究对象,采用野外采样、室内测试分析、污染评价以及数值仿真模拟等方法对浅层地下水"氮污染"进行了评价与仿真模拟。结果表明:研究区地下水已不同程度受到氨氮、亚硝态氮、硝态氮等的污染,通过现状分析和数值仿真模拟,该区地下水水质总体较好,污染区主要分布在农田灌溉区和人口密集区的地下水位埋深小于5 m地段,这些地区是地下水易受污染的高风险区,应进一步加强对区内不合理的人类活动的控制,健全水资源管理等,达到有效保护与持续开发区内地下水资源的目标;建立的包气带水分和"三氮"迁移与转化耦合模型为区内今后地下水污染与保护提供了预警平台。     

农田荒漠过渡带包气带土壤水盐运移规律研究

为实现农田区和荒漠保护区植被协同发展,通过石羊河流域下游某试验场原位试验研究农田荒漠过渡带包气带土壤水盐运移规律。结果表明：农田荒漠过渡带上,荒漠区土壤包气带水盐运移与农田区灌溉息息相关。灌溉后,农田区土壤盐分随灌溉水进入地下水中,继而流向荒漠区,引起荒漠区表层土壤盐分大幅升高。水位调控后,灌溉对农田区表层土壤脱盐效果更好,盐分随灌溉水向下运移更深。同时,不仅农田区侧向流入荒漠区盐分减少,而且减少了浅层咸水进入荒漠区包气带土壤中的盐分,有效缓解了荒漠区表层土壤聚盐效应。