非饱和土壤水流问题含水量和通量的数值模拟研究

利用混合有限元方法，建立了非饱和土壤水劝的数值计算模型。可以用来统一计算剖面渗，蒸发，蒸腾和再分配以及当这些现象交潜出现时的土壤含水量和水分量分布，并可用于高精度高分辨率陆面模式。     

降雨对非饱和土路基含水量的影响分析

降雨对非饱和土路基的含水量具有较显著影响。基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用;研究IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,导出了降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和一非饱和流,基于一般渗流方程,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和一乍饱和渗流公式。分析结果表明,降雨作用下的路基渗流的深度可达100.0cm以上,含水量的变化可达15％。     

复杂边界非饱和模型有限元数值模拟

利用有限元集中质量法对一维复杂边界土壤水分运动数学模型（非饱和Richards模型）进行了数值模拟,并进行了模型验证．模型验证结果表明,该方法计算精度很高,符合实际工作要求．     

滇西典型土质滑坡饱和-非饱和渗流稳定性研究

降雨是滇西土质滑坡灾害的主要诱发因素,而滑坡土体中孔隙水压力的存在使得岩土体的力学性状变得更加复杂.选择滇西红层典型土质滑坡-思铺滑坡做深入的调查,考虑降雨入渗的影响,基于饱和-非饱和渗流理论,选择9月份的降雨量监测资料,对强降雨条件下思铺滑坡地下水动态渗流场进行了数值模拟,将其孔隙水压力结果用于滑坡稳定性分析.同时,又基于非饱和土强度理论,采用GLE通用条分法,对滑坡稳定性的时空效应进行了评价,从而得出降雨入渗与土质滑坡的内在联系:滑坡稳定性与其渗流滞后性有较好的对应关系,最危险滑动面随含水量不同而呈空间的演变.     

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.     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.     

某渣场污染物在非饱和岩土介质中的迁移模拟研究

为研究某渣场污染物对周边地下水的污染状况,通过对渣场场地非饱和土壤弥散、渗流特性试验,并运用模拟地下水溶质迁移的软件Comsol Multiphysics建立渣场污染物在非饱和岩土介质中的迁移模拟计算模型.试验结果表明:土壤水扩散率D(θ)和非吸附性溶质C1-1的水动力弥散系数Dsh(θ)与土壤含水率θ成显著幂函数关系;同一吸力水头下,黏粒含量越高,储水能力越强,脱水速度越慢,即黏土②土样其持水性能远远高于熔炼渣①土样.100年内渣场污染物氟和锌的迁移污染对周边地下水污染浓度满足二类水标准;通过对渣场周边地下水试验结果表明:渣场现状下对周边地下水并未形成污染,这也验证了采用Comsol Multiphysics软件对渣场污染物迁移模拟分析的可靠性.     

孔隙介质渗流微观数值模拟

论述了孔隙介质渗流宏微观研究之间的联系,以及微观渗流研究的重要意义。综述了国内外有关渗流微观结构模拟方面的研究问题和当前主要研究方法,分析了各种微观物理模型及相应的各种数学模型的研究特点和研究手段。比较了孔隙结构研究的随机模拟方法和全局升尺度法,指出了两种方法的优缺点,最后对孔隙介质微观渗流研究的发展趋势进行了展望。     

裂隙岩体非饱和渗流研究综述

综述了国内外裂隙岩体（主要是细、微裂隙岩体）非饱和渗汉的研究情况,首先,评述了现有的测定和确定单裂阳非饱和水力参数的几种方法的优缺点,为单裂隙非饱和水力参数的提供了理论依据,其次,分析了目前用行求解裂隙岩体非饱和渗流的四种数学模型的优缺点,为选取合理的数学模型用于解具体的裂隙岩体非饱和渗流问题提供了参考依据,最后,在上述基础旧提出了一些需要进一步研究的问题。     

水驱粘塑性非牛顿原油渗流特性的数值模拟

针对水驱粘塑性非牛顿原油在地层下呈强非线性渗流特征,建立了描述其流动过程的数学方程; 采用全隐式离散、牛顿－ 拉弗松方法迭代线化,稳定双共轭梯度方法求解,对特定初边条件下二维油藏油水两相流动问题作了数值模拟．结果表明,水驱非牛顿流体驱油效率明显低于水驱牛顿流体     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

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.     

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.     

木质框架土壤渗滤系统中氨氮沿程变化的半经验公式

为解决木质框架土壤渗滤系统(WFSI)在处理干清粪养猪废水时的设计高度问题,构建了高度为1.2 m的WFSI反应器。在表面水力负荷为0.08,0.2和0.32 m3·(m2·d)-1,氨氮负荷为27.3±6.0,88.5±9.4,122.7±7.4,28.1±3.7,114.9±10.3 g·(m3·d)-1等条件下运行了WFSI反应器,并根据扩散理论和水流在反应器的流态推出了氨氮浓度与滤层高度间的函数关系式。通过对沿程土壤层中的含水率和氨氮浓度的测量和函数拟合,得到了含水量沿程变化和氨氮浓度沿程变化的经验公式。利用经验公式对氨氮浓度与滤层高度间的函数关系式进行求解,并得到了系统构造常数。通过对比五种运行条件得到的系统构造常数,验证了本研究得到的氨氮浓度与滤层高度间的函数关系是较为可信的。     

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.     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

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.     

非等温条件下土壤水入渗的数值分析

基于温度梯度对土壤水分运移规律的影响机理以及热运移理论，考虑了温度变化对土壤水分运动参数的影响，建立了土壤水热迁移耦合的数学模型，同时采用有限差分法对模型进行了数值求解。通过算例分析，结果表明温度对土壤水分入渗规律有显著的影响。     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

液态铝在纤维预制体中非饱和浸渗的数值模拟

为了更加真实地反映液态金属在纤维预制体中的浸渗规律,基于等温浸渗假设模拟了液态铝在纤维预制体中的非饱和渗流行为,研究了非饱和浸渗带内具有不同饱和度的浸渗前沿在渗流过程中的演变规律.模拟结果表明,饱和预制体与未浸渗预制体之间存在一个非饱和浸渗区,非饱和浸渗区的宽度随浸渗时间不断变化.根据预制体中首次达到某饱和度的时间及位置,研究了具有该饱和度的浸渗前沿的运动规律,得出浸渗深度与浸渗时间之间存在平方根关系,这与渗流场分析的理论解是一致的.此模拟方法克服了饱和浸渗假设中浸渗前沿饱和度突变的缺点,更加接近实际情况.