透明土在非饱和渗流定量化领域的试验

采用一种均粒级配的透明土,对室内一维土柱积水入渗及排水过程进行观测,利用图片像素归一化强度与润湿液体饱和度之间的关系,可得到渗流试验过程中的连续水分剖面及封闭气体运移的定量化规律,为进一步合理预测非饱和土体实际入渗率提供试验观测数据.     

基于Hydrus-1D的包气带污染物运移规律研究

自然条件下,土壤表层污染物随降雨入渗是污染包气带及地下水的一个重要途径。以河北省廊坊市某化工园区为研究区域,通过现场取样及室内试验获取土壤参数,刻画包气带剖面概念模型,利用Hydrus-1D软件预测污染物在包气带中的迁移范围和迁移趋势,具有极强的便利性,为非饱和带地下水环境影响评价提供参考。研究结果表明,在污染物迁移过程中,受土壤自净作用影响,最大迁移距离为15.5 m,未穿过包气带污染含水层。     

降雨入渗对填埋场土壤水分动力学行为的影响

建立了一维垂直非饱和土壤水分运动的数学模型,并采用有限差分方法对模型进行数值求解,模拟了不同降雨强度条件下水分分布的动态规律,数值模拟结果表明:降雨强度的大小直接影响着土壤水分湿润锋的分布,并且所建立的模型与实验测试结果吻合较好,验证了模型的可靠性,从而可为定量化研究填埋气体和浸出液释放提供理论根据。     

压实黄土路基中水分迁移的数值模拟

根据达西定律和质量守恒原理得到路基土中水分运动的基本方程，并以此方程作为黄土路基中水分迁移研究的理论基础。采用离心机法测定路基土的水分特征曲线，由土中水分再分布过程的原理，通过室内渗透试验得出路基土的导水参数；结合路基实测含水量来确定边界条件；应用有限元法对路基内的水分迁移规律进行数值模拟。结果表明，数值模拟结果与实测值吻合较好，能较准确地反映压实黄土路基土内的水分运动。     

考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型及其求解方法

为准确预测跨海隧道衬砌内部氯离子含量,本文提出了一个考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型。首先,分别引入Langmuir等温吸附结合模型、幂函数型非饱和扩散方程和VG-Mualem水分传输模型,依次考虑氯离子结合效应、混凝土内部非饱和扩散以及非饱和水分渗透作用对氯离子传输的影响,建立非饱和状态下的隧道衬砌混凝土氯离子侵蚀理论模型;其次,基于有限差分原理提出模型的数值求解方法,并验证求解方法的有效性;最后,通过试验分析模型的可靠性,开展参数讨论。研究结果表明：在非饱和状态下,水分渗透对混凝土内离子输运有双重促进作用,使得混凝土内部的饱和度、扩散系数和渗透系数均随时间增加而逐渐增大;在外水压作用早期,混凝土内部处于非饱和状态时,混凝土内部的毛细压力对离子传输效率的影响占主导作用,且呈现出显著的正相关性;饱和渗透系数越大,溶质流速越快,氯离子传输效率也更高。本文提出的基于有限差分原理的数值求解方法是有效的,建立的非饱和状态下隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型具有可靠性,可用于分析混凝土内部非饱和状态时的氯离子传输规律。     

一维积水入渗水分运移动态监测新技术

水在土壤中入渗时湿润锋前后含水量、吸力等物理量变化剧烈,精准监测土壤内部湿润锋动态变化比较困难.本文选用微型数字温湿度传感器(SHT30),利用湿度传感器对水分的高灵敏性,监测了一维土柱积水入渗时湿度剖面的动态变化,对比分析了湿润锋及水分运移过程.通过3种不同干密度土柱的一维积水入渗试验,在土柱中心位置不同高度处由上至下布设湿度传感器,外部布置相机拍摄土柱边界湿润锋推进过程,结合有限元数值模拟,揭示了土柱中水分入渗规律.结果表明:湿度传感器能及时准确捕捉吸湿路径下湿润锋;土柱的干密度越大,同一深度湿度骤升得越晚,表明入渗速率随干密度的增大而减小;对比外部拍摄的湿润锋和内部监测的湿润锋,发现拍摄边界湿润锋略晚于内部,随着土柱干密度增大,两者差距缩小;Shahabi渗透系数经验公式比Kozeny-Carman公式更接近实测饱和渗透系数,SEEP/W有限元模拟湿润锋推进过程与实测结果吻合良好.     

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.     

单裂隙非饱和渗透荷载分布规律

为探明降雨入渗时裂隙岩体非饱和区渗透荷载分布规律 ,利用自行设计制作的单裂隙渗流实验装置 ,对一垂直单裂隙在有降雨入渗条件下的非饱和区渗透荷载分布规律开展了一系列的实验研究。获得了有实用参考价值的非饱和区渗透荷载分布规律特征 ,弥补了以往采用各种假定进行非饱和区渗透荷载取值所存在的严重不足。这一实验成果为实际岩体工程的渗流稳定分析提供了实验依据和新的有效方法 ,使工程的安全性和经济性这一矛盾问题能得到较合理的解决     

基于透明土技术的非饱和均匀流运移机理分析

为刻画降雨入渗下土壤内部非饱和均匀流的运移特征，借助透明土试验技术开展室内模型试验，利用黑白参考点像素强度校正自由入渗透明土像素强度，并建立归一化像素强度与饱和度的函数关系，分析不同边界条件下透明土非饱和均匀入渗的特征.研究表明：可用像素强度表征非饱和透明土饱和度，模拟非饱和透明土均匀入渗过程；开放式系统排气顺利，封闭式系统入渗过程受气体阻碍，其饱和度约为开放式系统的0.8倍，湿润锋到达潜水层边界后出现饱和锋，饱和度略小于开放式系统；通气条件下湿润锋经过时孔压从0kPa逐渐上升，封气条件下流体入渗时孔压从0kPa开始上升；入渗率和累计入渗量随初始含油率的增大而减小，随输油强度的减小而减小.     

不同降雨条件下典型海绵城市渗流场特征研究

利用有限元软件Geo-slope,以遂宁市河东新区海绵城市建设试点区内多级别音乐公园与透水停车场为研究对象建立非饱和二维剖面模型,对不同降雨强度、降雨持时下海绵结构渗流场变化特征进行数值模拟计算分析,发现不同降雨工况下地表各处仍出现暂态饱和区,即不同类型海绵结构能有效缓解城市道路积水、内涝灾害;海绵设施以及附近区块降雨汇集、下渗量较大,促使地表以及地下水位附近的孔隙水压力增长速率加快(-50 k Pa～5 k Pa),但超过一定深度以后的孔隙水压力几无变化.     

不同入渗水头对土壤水平一维入渗的影响

通过对不同入渗水头下的土壤累积入渗量及湿润锋进行分析,得出了累积入渗量与不同入渗水头以及湿润锋与不同入渗水头之间的变化规律,即随着入渗水头的增加,其累积入渗量和湿润锋在整体上有增加的趋势,但其增加的趋势并非像恒定水头时的土壤累积入渗量那样呈乘幂分布,而是具有一定的阶梯性,呈阶梯形增加。同时对其变化机理进行了探讨,旨在对蓄水坑灌条件下的土壤水分运动及入渗规律的进一步研究提供合理的参考依据。     

不同结构土壤间歇入渗减渗效果的试验研究

本文以陕西关中田间连续和间歇入渗对比试验为依据,讨论了中壤质地土壤不同结构条件下的间歇入渗减渗效果,分析了间歇入渗的减渗率与地表土壤容重及连续入渗相对稳渗率之间的关系。可供中壤质地土壤地区进行间歇灌大田灌水试验和用水管理作参考。     

隧道渗流的数值方法

用边界元方法，求解了各向异性介质的渗流场问题，计算了双孔洞隧道周围渗流区域的水压分布，并分析了渗流区域不同边界条件对水压分布的影响。     

土壤水分入渗的影响因素研究

主要通过对大田土壤水分入渗试验的研究,讨论土壤结构、土壤质地、土壤含水量、土壤含水率等因素对土壤水分入渗变化特性的影响。     

土壤下渗能力之定量分析

从分析下渗水受力状态出发，根据土壤水动力学和流体力学，推导了不同情况下下渗流速和下渗强度的计算公式；论证了一般情况下下渗水有重力流和毛细管流两种流态，下渗流流速与下渗强度取决于渗透系数、粒度和球度等土壤物性，并受土壤原含水量及潜水面埋深的制约     

熔渗法制备高温自润滑复合材料的动力学仿真分析

通过对熔融固体润滑剂与微孔预制体在真空压力下熔渗过程的动力学分析,基于Dacry定理得出熔渗深度的数学表达式,并采用有限元法对压力浸渗过程中的熔融固体润滑剂的渗流过程进行数值模拟,分析影响熔渗过程的主要因素.结果表明:熔渗过程中,熔渗压力5.5 MPa、熔渗温度800℃和熔渗时间50 min对熔融固体润滑剂熔渗效果有显著影响.     

非饱和渗透深度数值模拟

由于无时间差分法计算得出的非饱和渗透深度公式繁琐复杂,采用近似渗透解理论,通过最小二乘法理论及相应的计算机程序模拟计算湿度系数f1和f2与湿度θ的关系,得出了相关度较高的非饱和土渗透深度模拟公式,从而使计算工作更加快捷,方便工程技术人员运用.另外,自制了易操作的非饱和瞬态渗流试验装置.以粘土为例,测定了渗透深度随时间的变化值,绘制了渗透深度与湿度的关系曲线,同时,通过试验数据验证了非饱和土渗透深度模拟公式的合理可行性.     

渗透型涂层混凝土的抗碳化性能

以水泥基渗透结晶型涂层和有机硅涂层为研究对象,研究了混凝土水灰比、混凝土基材湿润状况和涂层涂刷遍数对渗透型涂层混凝土抗碳化性能的影响规律.结果表明:渗透型涂层能够对混凝土的抗碳化能力起到一定程度的改善作用,且水泥基涂层混凝土的抗碳化效果一般要优于有机硅涂层混凝土;潮湿的混凝土基材对水泥基涂层的抗碳化效果最为有利,而对有机硅涂层的影响较小;随着混凝土水灰比的减小,渗透型涂层对混凝土抗碳化能力的改善程度降低;增加涂层的涂刷遍数对有机硅涂层混凝土的抗碳化能力改善更为有效,对水泥基涂层混凝土则不甚明显.     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

为了研究西藏林芝特有土质边坡在降雨入渗条件下的稳定性,在饱和-非饱和土理论的基础上,利用有限元软件对边坡在发生降雨入渗后土体的孔隙水压力和变形两个方面进行研究.通过数值模拟结果可知,发生降雨后边坡的孔隙水压力与降雨前相比有所上升,并且随着降雨历时的增加,孔隙水压力的影响深度也在持续增加,但在15 m以下的土体中,孔隙水压力随雨水入渗的变化相对较小,说明达到一定的深度后降雨对土体的抗剪强度影响较小;另一方面,雨水的入渗导致了边坡在水平和竖直两个方向的变形,变形的形式主要表现为坡顶的向下沉陷和坡脚处向外侧的移动,并且随着降雨时间的增长变形在不断地增加,导致边坡存在发生滑动变形的趋势.     

入渗和蒸发条件下的渗流分析

普通渗流理论在处理入渗和蒸发问题时,大都采用第二类边界条件描述.但这样会涉及许多以数难以确定的问题,而且如果对入渗率(或蒸发率)与时间关系假设不当,将导致错误的计算结果.在此基础上,分析了入渗和蒸发的本质,提出以第三类边界条件统一地描述这两种体现地下水流动与外界环境之间具有水量交换的现象.这样不仅使数学模型能够与自然现象的物理本质更加符合,而且使参数确定和问题的求解都大为简化.