Validation of three infiltration models on purple soil under simulated rainfall

So as to find models suitable for the prediction of water infiltration in purple soil,infiltration rates simulated by three popular empirical infiltration models,Horton model,Kostiakov model,and the modified Kostiakov model,were compared by using those observed results on slope in purple soil under rainfall simulation.28 sets of infiltration data were divided into two parts for parameter estimation and validation independently.The performance of the three infiltration models was evaluated with the Nash and Sutcliffe efficiency criterion.The results show that the percent for Nash and Sutcliffe efficiency greater than 0.7 is about 69.7% for the Horton model,and 48.48%,and 54.55% for the Kostiakov model and the modified Kostiakov model,respectively.Horton model is better than Kostiakov model and the modified Kostiakov model in most rain events in the field.However,Kostiakov model is still suitable for reasonable prediction of the infiltration in purple soil sloping farmland because fewer parameters are needed.Furthermore,rainfall intensity has significant effects on the parameter values used in the simulation models.The simulation results can be improved by choosing suitable parameters according to the rainfall intensity.     

开挖及降雨作用下土质边坡变形 破坏机理

本文基于现场变形调查和数值模拟分析,研究了华安县大坑村滑坡在人工开挖以及降雨条件下的变形特征,计算了不同开挖时步以及不同工况下的边坡稳定性系数,并探讨了该滑坡的变形破坏机理.结果表明:开挖过程中,边坡前缘抗滑阻力减小,前缘部位最先产生变形,牵引中后缘坡体表面产生张拉裂缝,降雨期间雨水沿裂缝渗入坡体,岩土体容重增加,岩土体抗剪强度降低,最终诱发深层滑移破坏.分析表明,人工开挖及降雨入渗是大坑村土质边坡产生深层滑移破坏的主要影响因素.深层滑移破坏后,边坡岩土体结构松散,在暴雨作用下,再次诱发滑坡前缘浅表层松散体产生圆弧面滑移破坏.     

降雨渗流作用下残积土边坡的数值分析

介绍了某残积土边坡受降雨影响的变形特点及边坡渗流分析计算理论,得到了残积土边坡降雨作用下的稳定渗流场,编制了考虑降雨渗流引起渗透力作用的边坡非线性有限元计算程序,计算模型采用Duncan非线性弹性模型和修正v值的Duncan模型.根据计算结果,分析了降雨渗流对残积土边坡的应力和变形的影响.边坡应力水平较小,但应重视边坡变形引起裂缝的防治.     

裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论：(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀、且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其它基本相同,约为4 E-04cm/s。     

降雨入渗下残积土坡失稳因素的敏感程度分析

以福州地区典型残积土为例,基于饱和-非饱和渗流理论,分析了降雨条件、土质物理力学参数、边坡几何形态等11种因素与边坡稳定性的关系,然后采用灰色关联法分析以上因素对于边坡稳定性的敏感程度与权重.结果表明:降雨条件下影响边坡稳定性的影响因素中,土体有效粘聚力和有效内摩擦角对边坡稳定性影响权重最大且相当;降雨强度是诱发残积土边坡失稳的重要因素,建议加强排水功能,减少降雨对边坡整体稳定性的影响;其余因素均对残积土边坡稳定性有较大影响,权重值大小相差不大.     

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。     

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。     

降雨入渗条件下驳岸稳定性分析

降雨入渗是影响内河驳岸稳定性的一个重要因素。以福州晋安河驳岸为研究对象,通过建立非饱和渗流计算模型,研究了降雨入渗对驳岸挡土墙后土体孔隙水压力、应力、位移及塑性屈服区的影响,并结合强度折减法,定量分析了降雨入渗对驳岸岸坡稳定性的影响。研究结果表明:由于降雨入渗的影响,驳岸由基本稳定状态变为潜在不稳定状态;驳岸土体容重增加、土体基质吸力区减小和有效强度降低是造成驳岸附加变形及稳定性降低的主要原因;降雨入渗条件下驳岸的破坏规律与未考虑降雨影响时基本一致。     

降雨诱发非饱和土地下水位上涨的耦合效应

降雨容易诱发地下水位上涨,从而引发多种危害.降雨诱发土体变形与渗流耦合,目前的研究多集中在土体耦合各场的变化规律,对土体水力耦合过程地下水位变化规律及影响因素研究较少.基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱土体的水力耦合的数值模型,从水力耦合的角度去研究降雨诱发地下水位上涨.该模型突破了饱和时的渗透系数是常量的局限,且适用于任意的土-水特征曲线表达式.通过算例对二维非饱和土渗流-变形耦合模型展开分析,并深入探讨了地下水位升高的耦合效应.计算结果表明:降雨强度、初始条件以及饱和渗透系数为变量等因素对地下水位上涨有显著的影响;位移最大值出现在地下水位以上,地下水位以下位移变化梯度相对较大.     

降雨入渗条件下路堑边坡稳定性

分析了降雨入渗对路堑边坡稳定性的影响机理和特性,以非饱和渗流理论为基础,建立了入渗条件下的流-固耦合数学模型及SWCC模型模型,并根据现场土质特性对广东某环城高速公路堑边坡在不同降雨强度下的坡内水压力和流速分布进行了预测,并计算得到了降雨入渗后的安全系数.结果表明:随着土体含水率增加,内摩擦角和粘聚力下降导致抗剪强度急剧下降,是边坡失稳的根本原因; 随着降雨强度的增大,最小安全系数不断减小.     

不同降雨条件对江苏高沙土地区水土流失的影响

采用人工模拟降雨法,针对江苏省局部高沙土地区,研究了在不同坡度、雨强及不同植被覆盖条件下扰动高沙土的侵蚀强度和侵蚀特点。结果表明:(1)径流量随坡度的增加而增加;土壤流失量与坡度存在一个临界值;雨强低于80 mm/h时的临界坡度为20°～26.5°;(2)降雨量相等时,径流量随着雨强的增加而增加,入渗量随着雨强的增加而减少;(3)植被覆盖能很大程度地减少径流量和土壤侵蚀量。     

降雨渗流场分布下边坡稳定性影响因素的探究与分析

针对降雨入渗条件下的边坡稳定性问题,采用非饱和土理论进行了降雨入渗过程的数值计算研究,围绕降雨强度、渗透系数对边坡稳定性的影响进行了4个算例的计算与分析.利用Geo-Studio软件进行了数值模拟,主要研究结论为：(1)土体的基质吸力有利于边坡的稳定,忽略基质吸力得到的结果会严重偏小;(2)降雨强度对低渗透性模型的影响不明显,对于高渗透性模型的影响较大;(3)坡角处以及坡顶处会出现应力集中,且土体在该位置处的强度较低.上述研究能够为实际工程中边坡的防治提供一定的技术支持.     

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.     

降雨条件下边坡地下水运动规律

为了研究降雨对边坡渗流场孔隙水压力分布的影响,根据岩土饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP渗流有限元程序计算给定降雨条件下孔隙水压力的分布,结合一个土坡算例,探求降雨强度、降雨持时以及土壤渗透系数等参数变化对渗流场的影响。通过记录坡肩处孔隙水压力变化,得到不同降雨类型下雨水入渗深度的规律;并记录下坡体内孔隙水压力随时间的变化规律,得到持续降雨条件下不同时刻坡体内孔隙水压力分布特点,可以为边坡的稳定性分析和滑坡预测提供依据。     

降雨入渗对锚杆加固多级边坡稳定性分析

降雨入渗对多级锚杆支护边坡稳定性的影响尚不清晰,基于非饱和土渗流-应力耦合理论,采用Geo-studio软件建立了降雨入渗锚杆加固多级边坡的流固耦合有限元分析模型,研究不同降雨持时、雨强时锚杆加固多级边坡的渗流、应力、变形场稳定性变化规律,以及锚杆受力特性。研究表明：随着雨强和持时的增大,锚杆轴力及坡面位移均增大,边坡安全系数降低;第三级边坡的锚杆轴力提升幅度最大;同一级边坡内,坡脚处的锚杆轴力值大于坡顶处锚杆力。     

地震和降雨条件下黄土高填方边坡稳定性分析

针对地震和降雨会影响黄土高填方边坡稳定性的问题,采用地震动力计算、完全流固耦合计算和强度折减计算,对正在使用的黄土高填方边坡进行分析,并对边坡土体位移时程、加速度功率频谱、吸力、有效应力和最小安全性系数进行分析,研究地震和降雨入渗条件对正在使用的黄土高填方边坡稳定性的影响.结果表明：地震作用对黄土高填方边坡表层土体作用大于填方基底土体作用;降雨入渗对边坡土体的影响范围为表层土体和浅层土体;降雨入渗使得边坡表层土体的吸力和有效应力减小,而使浅层土体局部吸力增大;降雨过程中边坡表层土体有效应力减小,浅层土体有效应力先增加后逐渐减小;地震后降雨入渗引起边坡最危险滑移面区域发生改变,降雨速率和降雨持续时间均对最小安全性系数有影响,降雨结束后边坡最小安全性系数降低.该研究为三维条件下地震和降雨入渗对正在使用的黄土高填方边坡稳定性研究提供参考.     

垂直一维入渗土壤水分分布与入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立垂直一维入渗土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建模型和方法对一定灌水技术要素组合下土壤水分分布和入渗特性进行数值模拟,结果表明:土壤质地、容重、初始含水率和灌溉水深对土壤水分分布模式影响微弱.土壤质地和容重对土壤含水率变化和累积入渗量影响较大,入渗水头和土壤初始含水率对土壤含水率变化和累积入渗量影响较小.     

降雨入渗的边坡稳定评价方法

针对热带与亚热带地区由于降雨引起的边坡失稳,采用数值模拟方法,基于Mein-Larson降雨入渗模型,提出了均质无限长非饱和土边坡在均匀降雨强度下,由于基质吸力的变化,导致土体强度指标的变化,从而发生边坡破坏的条件。结论表明,在降雨强度大于土壤的饱和渗透系数并且降雨持时满足一定的时间下,降雨才可能土坡失稳。     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。     

降雨时黏性土边坡的离心模型试验

为研究降雨引起的黏性土边坡变形破坏,进行了边坡的降雨离心模型试验。试验中利用自主研制的离心场降雨模拟设备,用图像采集和相关分析方法,观测了降雨过程中土坡的破坏形态和位移场变化过程。结果表明:降雨对边坡稳定性产生很大影响。降雨引起均质土坡发生浅层土体滑移破坏,雨水入渗至土坡较深的位置。降雨引起土坡位移逐渐增大,且变形区域也逐渐扩展,最终形成明显的位移集中区域。土坡中一点位移发展可分为小位移阶段、迅速增大阶段和缓慢增大阶段。