鄂尔多斯盆地降雨入渗与潜水蒸发强度研究

以鄂尔多斯沙漠高原区包气带水为主要研究对象,通过在研究区进行野外包气带岩性结构调查,选择典型地段建立原位试验场;试验中选择研究区最具代表性的包气带岩性结构进行包气带水分运移原位试验,进行包气带水分运移机理研究,分析影响降雨入渗与潜水蒸发强度的主要因素;采用数值模拟的手段建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量计算研究区降雨入渗及潜水蒸发强度,模拟不同条件下的包气带水分运移规律.结果表明,研究区降雨入渗及潜水蒸发强度明显受到当地气象条件、潜水埋深及包气带岩性结构的影响.文中计算得出的不同埋深不同岩性的降雨入渗及潜水蒸发强度可为研究区地下水资源评价提供参考依据.     

次降雨入渗补给系数的模型研究

讨论了次降雨入渗补给系数的定义及其在地下水资源计算评价中的作用;依据统计理论,评价了次降雨入渗补给系数的一般统计特征;在此了,进行该系数的确定性模型研究及其相应的检验,说明了次降雨入渗补给系数的实际分布和伽马模型及布尔模型上人有很好的一致性。     

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.     

降雨入渗补给地下水的影响因素

选取汾河二坝灌区降雨量和地下水动态观测资料来计算该区降雨入渗补给系数α值，并对影响α值的各种因素进行分析。     

降雨入渗对尾矿坝稳定性的影响

通过对某尾矿坝进行ABAQUS二维建模,运用了修正Mohr-Coulomb破坏准则建立了在降雨入渗条件下坝体的非饱和土流固耦合有限元计算模型;通过采用合适的土-水特征曲线得到了非饱和边坡变形与应力的若干模拟结果并与实测结果进行对比分析。研究成果为继续研究尾矿坝在降雨入渗条件下的稳定性分析提供了基础。     

非饱和均质砂土边坡降雨入渗和稳定性分析

为了研究降雨入渗诱发滑坡的机制,通过选取典型的土性参数,利用有限元法使用软件SEEP/W对均质砂土边坡进行饱和一非饱和渗流分析,模拟边坡降雨入渗的全过程,得到降雨入渗过程的入渗量、浸润深度和含水率的瞬态分布,再利用Bishop法使用软件SLOPE/W进行边坡稳定性分析,搜索并计算最危险滑动面,得到该类型边坡的瞬态安全系数.     

边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析

对于边坡稳定性分析中的降雨入渗问题,运用有限元法,结合饱和-非饱和方程模拟土质边坡渗流场.分析了边坡在降雨条件下其内部渗流场的情况以及稳定性的影响因素,结合工程边坡算例,数值模拟渗流场,得到对于实际工程有意义的结论.     

降雨自由入渗阶段试验研究及其过程的水势描述

研究降雨自由入渗阶段土体内的水势变化规律具有重要的工程意义。讨论了现有的入渗模型及降雨非饱和渗流计算方法。认为其不能满足工程渗透稳定性分析的需要,且不符合实际的降雨物理过程。设计了室内降雨自由入渗负压测试试验,结果显示:土体负压在入渗阶段的变化规律符合Boltzmann函数曲线,降雨强度越大负压值变化越快。结合土壤水能态理论,分析了自由入渗阶段土体内水势的变化和分布规律,并指出非饱和渗透系数随着降雨强度的增大而增大。该研究为低降雨强度条件下岩土工程的渗透稳定性问题的分析提供了参考依据。     

降雨入渗条件下黏性土基坑浅层边坡稳定性分析

针对成都某黏性土基坑浅层边坡失稳案例,采用数值分析方法模拟降雨过程对浅层边坡的弱化机理。在对基坑地质结构分析的基础上,以成都某黏性土基坑边坡失稳为案例,通过ABAQUS模拟降雨入渗影响区土体强度参数弱化过程,探讨暴雨条件下边坡应力变形特征以及边坡稳定性。计算结果表明：降雨作用下,浅表层土体出现塑性区域,接近形成贯通性的滑动面;暴雨条件下原设计方案的边坡稳定系数为0.977,修复方案边坡稳定系数为1.508。     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。