非饱和土渗透系数的试验研究

非饱和土的复杂性和多变性决定了其渗透特性明显不同于饱和土,无法根据土壤的基本性质从理论上分析得出,试验难度也较大。本研究采用的稳态渗流试验装置,是根据非饱和土的特性设计出的非饱和土渗透系数直接测量的一种新方法,通过对粉土和砂质壤土两种非饱和土的渗透特性进行试验研究,得出了非饱和土含水量与渗透系数的基本关系。同时,对其关系曲线进行了van Genuchten-Mualem模型拟合,得出了很好的结果。     

概率统计法测算非饱和土渗透系数的理论研究

基于概率统计理论,从非饱和土的孔径分布函数(PSDF)及土水特征曲线(SWCC)出发,对非饱和土截面上各组孔隙进行归组分析,讨论不同孔隙连接情况下允许水流通过的有效面积,最终推导得到了非饱和土渗透系数的数学表达式.推导过程中,采用等分基质吸力区间的方法,基于毛细定律确定非饱和土截面上各组孔隙的特征半径.利用PSDF,讨论各种情况下不同孔隙连接的概率,从理论上得到任一吸力条件下非饱和土截面的有效渗流面积.最后基于阀门模型,计算得到非饱和土相对渗透系数.此外,将所推导公式与已有的非饱和土相对渗透系数计算式进行对比,通过理论分析,证明两者在本质上是一致的,且所推导公式可采用EXCEL直接计算,易于推广使用.     

基于非饱和土理论的公路排水设计方法

从路基湿度对路基路面使用性能的影响出发，以非饱和土理论为基础，采用渗流有限元方法对几种具有代表性的公路渗沟进行分析，并与现行计算方法所得结果进行比较．由于没有考虑非饱和土的渗流情况，现行方法低估了渗流流量．所提出的饱和一非饱和渗流有限元法得到了工程实例的进一步验证．指出现行公路排水设计方法主要应从设计理论基础、材料设计参数与计算方法和手段三个方面进行改进，     

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.     

一种基于VG模型的非饱和土渗流参数反演方法

针对非饱和土渗流分析中土水特征曲线和渗透性函数难以获取的问题,本文提出一种基于van Genuchten（VG）模型的非饱和土渗流参数反演方法,非饱和渗流控制方程采用Richards方程,通过计算数值模拟值与实测各观测点不同时刻孔隙水压力或重量（体积）含水量之误差平方和,寻求最优VG模型参数组合使得误差平方和最小.编制了二维非饱和渗流参数反演程序（BAKSEEP）,并通过算例展示了该程序良好的适用性和稳定性.     

基于湿度应力场理论的膨胀土增湿变形分析

应用湿度应力场理论对膨胀土的增湿变形进行了分析,并由无荷膨胀量试验和有荷膨胀量试验确定了相关参数．根据湿度应力场与温度应力场的相似性,利用Ansys软件的热分析功能,计算了膨胀土增湿变形．并通过有荷膨胀量试验的模拟分析,验证了应用温度应力场理论模拟湿度应力场的有效性．     

非饱和土中的有效应力

从饱和土有效应力的经典定义出发，讨论了工程计算中应用的一此非饱和土有效应力表达式。基于非饱和土中已广为接受的双应力变量公式，建议了一个非饱和土的广义有效应力定义并导出了它的理性公式，它能同时适用于饱和－非饱和土的数值模拟和计算。     

沟谷地形高填方涵洞竖向土压力数值模拟与计算方法研究

受地形、填料物理力学参数、结构尺寸等多种因素的影响,沟谷地形高填方涵洞受力计算较为复杂,相关理论研究尚不成熟.以某一高填方涵洞项目为依托,通过数值模拟得出:在一定条件下,涵洞两侧边坡阻碍了沟内填土的沉降,土中主应力方向发生调整,从而产生土拱效应.在数值模拟的基础上,运用小主应力拱概念,推导出了沟内黏性填土产生土拱效应时的侧压力系数与沟谷地形高填方涵洞竖向土压力理论公式.各种结果对比可见:所提公式计算结果与现场实测结果以及数值模拟结果相吻合;沟谷地形涵洞上方填土中产生土拱效应时,涵洞竖向土压力随着填土高度的增加非线性增大,增速逐渐减小.     

非饱和土特性对朗肯土压力的影响

为研究非饱和土物理力学性质,进行了粉质黏土的物性指标试验、饱和三轴试验和土-水特征曲线试验。基于Fredlund非饱和土抗剪强度准则和饱和土朗肯土压力理论,得到非饱和土土压力计算方法和公式。运用所得公式和试验成果分别研究基质吸力、地下水位和渗流状态对非饱和土土压力的影响,分析土压力变化规律。研究结果表明:基质吸力对总主动土压力、总被动土压力的作用相反,在基质吸力影响下,被动土压力变化幅度可达300 k N/m;考虑基质吸力作用时,地下水位变化对土压力影响明显增大;从蒸发到入渗状态,被动土压力下降幅度大于主动土压力增长幅度。     

径向基函数配点法求解边坡降雨瞬态渗流问题

根据土壤水分特征曲线Gardner模式推导线性化非饱和渗流Richard方程,应用无网格法中的多元二次径向基底函数配点法对空间域进行离散,利用龙格库塔法对时间域进行离散. 通过离散点满足控制方程式与边界条件,建立求解非饱和渗流问题的数值模型. 考虑土层组合以及降雨强度,计算分析非饱和无限边坡降雨入渗的瞬态渗流场的变化情况,得到边坡内不同时刻、不同深度的孔隙水压力. 其数值计算结果与解析解相符,较有效地解决了传统数值方法在模拟非饱和土渗流产生的数值病态问题.     

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.     

膜孔灌自由入渗土壤水分运动数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立膜孔灌自由入渗土壤水分运动的数学模型,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.用所建模型对不同因素组合下膜孔灌自由入渗土壤湿润体水分分布和入渗特性进行模拟分析,结果表明:土壤质地、容量、膜孔直径、初始含水率和灌溉水深对土壤水分分布模式影响很小.土壤质...     

Surficial Stability Analysis of Unsaturated Loess Slopes Subjected to Rainfall Infiltration Effects

0IntroductionInstability of unsaturatedsoil slopes subjectedtorainfall in-filtrationis commonin manycountries.Intheloess area ofChina,these failures are particularly serious due tothe specialstructure of loess.These surficial failures are characterized byrelatively shallowfailure surfaces and the surfaces are usuallyparallel to the slope surface.Generally,raininduces a rise ofthe groundwater table and anincrease in pore water pressurethat resultsinslopefailure.However,as the groundwater ta-bl…     

浑水入渗作用下尾矿砂渗透规律试验研究

通过自制的多功能浑水渗透试验装置,配置浓度为0%、10%、20%、30%、40%的浑水做砂柱入渗对比试验,模拟浑水入渗过程中累积入渗量、渗透系数与孔隙度等的变化情况。实验结果表明,浑水浓度在入渗过程中对尾矿砂的物性参数具有显著的影响,浓度越大,浑水中固体颗粒沉积得越快,入渗后砂柱的渗透系数和孔隙度越小。在浑水入渗的初始阶段,粗颗粒的沉积滞留起主要作用,随着入渗时间的增长,细颗粒的入渗和滞留对参数影响变大。研究结果对尾矿坝的设计和渗流分析具有一定的参考价值。     

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．     

非饱和黄土场地水分入渗规律及影响因素的现场试验与数值模拟

为了探究非饱和黄土场地水分入渗规律及其影响因素,为黄土地区因水分入渗作用导致的各类滑坡和工程地质灾害研究提供参考。在非饱和黄土场地现场开展水分入渗试验,获得不同深度水分计监测信息,探讨非饱和黄土场地水分运移规律;结合数值模拟扩展研究不同浸水类型及不同浸水量对水分入渗规律的影响。结果表明：不同深度土体的体积含水率随时间关系曲线呈现出四个阶段变化特征,区别在于各阶段时间的长短和体积含水量峰值的大小;非饱和入渗时,渗透扩散速率随着深度的增加逐渐衰减,且衰减速率较大;不同浸水类型的入渗深度及宽度在短时间内会存在差异,对最终入渗深度及宽度并没有影响;随着浸水量的增加,入渗深度和宽度不断增加,但增加幅度不断减小,非饱和黄土场地水分入渗深度及宽度是有限的。     

滹沱河冲洪积扇浅部回灌层井灌动态分析及回渗能力探究

随着地下水资源的加剧开采和补给的减少,滹沱河冲洪积扇形成的厚包气带区有着巨大的回灌潜力,但相关回灌试验研究较少。通过在滹沱河冲洪积扇藁城段开展一系列低水位、高水位井灌试验,获得了回灌井与观测井水力联系的强弱及井周边的渗透情况;在连续回灌中回灌井会发生一定程度堵塞,适时回扬能使回渗能力得到一定程度恢复;各回灌井有较大的回灌能力,均大于50 m~3/h;区内三个主要回灌层(饱水带、深层包气带、浅层包气带)在井灌条件下都有较强的渗透能力,但受成井差异和地层结构差异性影响,不同井内的渗透能力不同。新形势下在冲洪积扇厚包气带区适时开展地下水人工回灌是解决水资源储存和相关水文地质问题的一个有效途径。     

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.     

降雨条件下城墙土水特性与稳定性研究

降雨入渗会影响城墙稳定性，最终导致城墙失稳坍塌。文中以城墙为研究对象，通过试验得到了土体的物理力学特性和非饱和特性，以试验数据为基础得到了以含水率为变量的抗剪强度公式，基于Bishop法得到安全系数的表达式。对不同工况下城墙边坡进行渗流场有限元分析与稳定性评价，并对梅雨季城墙稳定性变化及孔隙水压力分布进行分析。结果表明，随着降雨的不断进行，孔隙水压力逐渐增大，表层土体开始饱和，前期入渗深度不断增加，后期地下水位上升。梅雨季城墙稳定性持续下降，受降雨总量和降雨时长影响较大。研究成果可为区域典型气候条件下的该地区城墙修缮等工程的设计与施工提供理论参考。     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.