非饱和渗流

摘要： 为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律,以南阳地区膨胀土为研究对象,首先,通过室内单元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数;其次,采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流问题;最后,基于室内试验与有限元计算结果,采用离散元法模拟蒸发−降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演化过程。研究结果表明:表层土体的含水率受气候影响较大,随着深度增加,土体含水率变化受大气的影响逐渐减弱,且边坡内部土体含水率变化存在滞后性;在蒸发作用下土体失水收缩,裂隙首先出现在坡肩位置处的表层土体中,随着蒸发过程的持续,边坡各个位置均逐渐出现裂隙;边坡各部位裂隙数量、发育深度、增长速率与坡体含水率变化趋势一致,即在蒸发早期变化较快,随着蒸发时间增加,增长速率趋于稳定;边坡各部位裂隙发育的方向均垂直于边坡表面,裂隙的形态呈现出上宽下窄的“V”字形;受临空面的影响,坡面处裂隙的发育深度大于边坡其余部位的深度,且随着边坡高度增加而增加;降雨时边坡土体吸水膨胀,边坡各部位裂隙逐渐收缩、闭合,裂隙数量以及裂隙发育深度均减小。

摘要： 为探究采用不同结构毛细阻滞覆盖层处治的膨胀土边坡的防渗能力,基于非饱和渗流理论并运用Geo Studio有限元软件,开展持续大雨作用下“细-粗”型(Ⅰ型)、“细-导排层-粗”型(Ⅱ型)、“细-粗-细”型(Ⅲ型)和“细-粗-细-粗”型(Ⅳ型)这4种毛细阻滞覆盖层(厚度均为5 m)处治膨胀土边坡的渗流及稳定性数值分析,研究不同降雨历时下各覆盖层内部体积含水率的分布特性、膨胀土边坡的体积含水率变化规律及其对边坡安全系数的影响。研究结果表明:在持续大雨作用下,不同结构覆盖层均能在一定程度上减少降雨渗入边坡内部膨胀土;雨水入渗突破不同结构覆盖层所需的时间不同,覆盖层按防渗性能由强至弱顺序排列依次为Ⅱ型、Ⅳ型、Ⅰ型和Ⅲ型;未经处治边坡的安全系数急剧降低,易发生破坏;4种覆盖层处治边坡的安全系数均在降雨前期稍降低;在长期降雨条件下,Ⅰ型和Ⅲ型覆盖层处治边坡的安全系数降幅大,而Ⅱ型和Ⅳ型覆盖层处治边坡的安全系数降幅较小,且各方案处治的边坡稳定性较好。因此,建议在实际工程采用Ⅱ型和Ⅳ型毛细阻滞覆盖层处治膨胀土边坡。

摘要： 由于黄土多孔性、强透水性、湿陷性等自身构造特征,降雨入渗是黄土边坡失稳破坏的主要诱发因素。以朔黄铁路山西段K3+0—400 m黄土边坡为研究背景,基于非饱和土理论进行FLAC3D软件的二次开发,利用数值模拟分析了降雨入渗条件下不同降雨强度、不同坡体角度及高度对黄土边坡稳定性的影响,并通过试验验证了数值计算结果的准确性。结果表明:雨水入渗能力随降雨时间及深度的增加而逐渐减弱;雨水入渗深度随降雨强度的增大而增大,但增大幅度很小;降雨强度越大,坡体表层含水量越高;当雨水入渗流速大于土体内部湿润锋出渗流速时,饱和区才会出现;随着坡体角度及高度的增加,坡体发生位移的区域变大;一级边坡坡脚位置为整个坡体的最危险位置。

摘要： 采用混凝土防渗墙对心墙土石坝进行加固,考虑坝体土料的非饱和特性,对加固前后土石坝在库水位骤降情况下的渗流稳定特性进行有限元计算分析,结论如下:当水位骤降时,加固前的坝体中孔隙水来不及排出,浸润线呈“上凸”状,坝顶向上游发生较大变形,上游坝坡形成贯通塑性区,坝坡抗滑安全系数较小。设置混凝土防渗墙后,心墙内的浸润线降低,坝顶位移和沉降变小,塑性贯通区消失,坝坡安全系数增加。计算表明,混凝土防渗墙与坝基相连,在坝体内部形成“纵向增强体”,坝体整体刚度增强,抗渗性增强,坝体的变形得到有效限制,坝体的稳定性明显提高。

摘要： 为研究库水位骤降联合间歇性降雨对库岸古滑坡渗流稳定的影响,基于非饱和渗流原理,考虑不同速率库水位骤降、不同类型间歇性降雨及降雨发生时刻,利用Geo-Studio软件对滑坡在库水位骤降遭遇间歇性降雨时的渗流特性、位移变形及稳定性进行了有限元模拟。结果表明:静库水位下孔压呈间歇式升降,中部孔压最大且发生时刻最迟,此时表层位移最大,易发生浅层滑坡;库水位骤降速率和孔压消散的快慢呈正相关,中上部具有表层滑坡风险,下部埋深20~25 m处具有深层滑坡趋势;降雨发生时刻越早,孔压达到峰值越快,库水位骤降初期遭遇间歇性降雨主要影响滑坡上部位移变形,而骤降后期发生间歇性降雨对滑坡中下部位移变形影响显著。各降雨类型的最小稳定性系数大小为翼锋型>升阶型>中锋型>降阶型,而与库水位组合的滑坡安全稳定影响程度为库水位下降联合间歇性降雨>静库水位下间歇性降雨>单纯库水位骤降。

摘要： 非饱和渗流过程的数值模拟对土质边坡稳定性分析、地下污染物迁移模拟等众多领域有着重要的意义.Richards方程由于其普遍适用性被广泛地应用,然而Richards方程所描述的渗流过程并未考虑在自然环境和实验中存在的反常扩散现象.针对这一问题,该文结合Caputo导数得到了具有更广泛渗流意义的时间分数阶Richards方程,采用有限差分法得到其离散格式并采用Picard法迭代求解,以及对分数阶参数和土水特征曲线进行了敏感性分析.最后,结合土柱入渗实验数据,比较了不同土水特征曲线下时间分数阶Richards方程得到的数值解.结果表明,VGM模型的时间分数阶Richards方程与实测数据具有更好的拟合效果,能够更好地描述地下水在非饱和土中的渗流过程.

摘要： 选择合适的数学模型准确模拟心墙非稳定非饱和渗流场及其变化规律是高心墙堆石坝渗流安全评估的关键问题之一。文章以土壤水分特征曲线(SWCC)和渗透系数函数为基础,构建3种非饱和渗流模型,根据模型拟合的心墙渗压值和心墙实测渗压数据建立误差函数,通过AIC、BIC准则,识别最优非饱和渗流模型。工程实例分析表明,采用Brooks-Corey模型计算心墙渗压的精度最高,能更好地模拟心墙非稳定非饱和渗压场变化规律。识别的非饱和渗流模型及其参数可供类似工程计算分析参考。

摘要： 地下水面线的确定是渠坡稳定性计算的关键。在地下水位较高、上层滞水层厚度较大的情况下,渠坡开挖过程中坡内地下水会不断外渗,进而导致地下水位线产生波动,从而影响渠坡的稳定性。文章在非饱和渗流理论的基础上,考虑渗流场和应力场的耦合作用,研究了渠坡在开挖过程中非稳定渗流状态下地下水位线的波动情况,并从土体的弹性模量、泊松比和开挖速率3个方面进行敏感性分析。研究结果表明:各级开挖完成后,即完成卸载后,坡内孔隙水压力会迅速降低,随后会逐步回升并趋于稳定,在整个开挖过程中,渠底孔隙水压力的变化呈波动下降状态;在影响孔隙水压力变化因素方面,土体的弹性模量越小、泊松比越小、开挖速率越快,渠底孔隙水压力的下降越明显。

摘要： 为了研究不同土质材料非饱和状态的渗流变化规律,通过二次开发CFD-DEM耦合的方法引入流体与颗粒相间流动解析技术,以实现水流在土颗粒之间渗流时颗粒间的接触力与水渗流速度变化的数值计算。通过实验测试对比验证了数值计算的有效性,结果显示数值计算与实验测试结果相吻合。数值计算结果还显示不同水头下土体模型渗透系数的变化基本上呈下降趋势,但相似材料土渗透系数的变化较小;向土体颗粒中添加细小的灰和沙之后,其渗流速度明显下降,因此由土颗粒制作而成的复合材料能很好地减小渗流,可以用于防渗工程。

摘要： 为研究降雨条件下抗滑桩加固边坡的稳定性及其渗流场演变,以枞树坪边坡工程为例,将非饱和渗流理论与强度折减法相结合,利用MIDAS GTS对降雨边坡进行数值模拟,定量分析基质吸力、降雨强度、桩顶约束形式对抗滑桩边坡稳定性的影响。结果表明:在降雨状态下,雨水首先危害边坡的浅层土体,孔隙水压力随土体深度呈现出大小大分布,随着降雨的持续,孔隙水压力的最小值向土体内部发展,雨水对边坡的影响深度增大,浸润线上升,深层土体的负孔隙水压力转化为正孔隙水压力,基质吸力的作用也随之减小。其中,降雨强度对边坡的危害始终增大,对桩顶施加位移约束和固定约束可以减小降雨对边坡的影响,限制边坡位移,并且固定约束的加固效果要略高于位移约束。

摘要： 采用多孔介质预测渗透系数的方法,研究了基于体积含水量和基质吸力的非饱和渗透系数分析方法.基于饱和非饱和渗流数学模型,采用有限元分析了布节性水位变化下饱和-非饱和非稳定渗流特点,揭示了沿河路堤内的渗流特征及规律,结论表明:浸润线和孔压在迎水面坡体内变化明显,浸润线和孔压的变化滞后于水位变化,会影响边坡的稳定.

摘要： 针对云阳西城滑坡采用非饱和土理论进行有限元法模拟雨水入渗和库水位下降引起的非饱和渗流场,然后将计算得到的孔隙水压力分布用于滑坡稳定性的极限平衡分析.同时,采用延伸的摩尔-库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,分别计算了暴雨和库水位下降时的稳定性系数.分析结果表明:降雨引起的非饱和渗流场对滑坡稳定性有明显的影响;考虑非饱和抗剪强度,会明显提高滑坡稳定性.

摘要： 大坝渗流计算中,非饱和渗流的计算具有饱和计算所不具有的一系列优越性,运用非饱和渗流的计算方法能够计算出非饱和区的分布,为大坝的安全性提供更可靠的依据,也可以减少迭代次数.文中提出了一种大坝下游溢出面的处理方法,对大坝渗流进行了非饱和稳定计算,并与其他饱和渗流的迭代计算结果进行了对比.同时,通过瞬态计算,探讨了大坝上游水位变化对于大坝的孔隙水压力分布、渗流量的变化的影响.瞬态计算结果表明,水压力对于上游水位的变化十分敏感,随着上游水位变化很快.而由于毛细压力的作用,饱和度的反应相对滞后,特别是当上游水位下降时,非饱和区会变宽,使得坝体的饱和度下降滞后.另外,计算结果也表明,渗出坝体的流量的变化也总是滞后于流入坝体的流量.

摘要： 非饱和区渗流介质中存在吸力,其大小取决于介质本身的孔隙特征与含水量。非饱和介质存在一个最小水连通含水量θm,含水量低于θm时,吸力消失,介质中的水流动不符合一般的渗流规律或无渗流。非饱和区两种介质接触面孔隙水压力一般是不连续的。心墙土石坝工程中的渗流是典型的情况,土质心墙与下游坝壳的接触面上孔压间断,下游坝壳砂卵石或堆石等粗颗粒介质中的θm基本上等于饱和含水量,这些介质中非饱和渗流不符合一般的渗流规律。本文提出了含孔压间断面渗流场的有限元模拟方法,并给出了二维心墙土石坝稳定渗流的算例,模拟结果与土石坝中的渗流现象相符。

摘要： 以某水库库岸滑坡为工程背景,根据饱和-非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到:(1 水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响；增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定；(2 增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。

摘要： 降雨入渗作为一种典型的非饱和渗流,对边坡稳定性有显著的影响,数值计算时需考虑渗流过程中边坡土体基质吸力与非饱和渗透系数的变化.本文采用有限差分软件FLAC3D内嵌FISH语言编制相关程序,并利用反距离加权插值法,将节点饱和度变量转化为单元变量,进而将非饱和区渗透系数和基质吸力随饱和度的变化关系嵌入到数值计算中,实现了降雨条件下非饱和渗流过程的模拟.基于某典型抗滑桩加固边坡算例建立数值计算模型,对降雨过程中边坡土体基质吸力、抗滑桩变形和受力及边坡稳定性随降雨历时的变化规律进行了分析.研究结果表明:基质吸力的存在对边坡稳定性影响较大,降雨入渗导致坡体内非饱和区基质吸力减小,边坡稳定性降低;抗滑桩的设置显著提高了边坡稳定性,随降雨历时增加,桩身位移及桩身受力均显著增大.

摘要： 冰雪融化引发的边坡失稳等地质灾害时有发生,为研究冰雪融化入渗对土质边坡的稳定性的影响,引入度-日融雪模型,采用数值方法对边坡的冰雪融化入渗过程进行了非饱和渗流分析.采用Bishop极限平衡法分别计算了考虑积雪荷载时的边坡稳定系数,并研究了积雪厚度、气温对边坡稳定系数的影响,得到了边坡稳定系数随温度与时间变化的关系.结果表明,冰雪融化时边坡稳定系数随气温的升高而下降,融化入渗过程中,边坡稳定系数在入渗初期逐渐减小,后期逐渐回升,而雪荷载对边坡得稳定性影响不大.

摘要： 讨论了考虑非饱和渗流作用下的尾矿库坝体的数值计算分析，采用了几种含水量对抗剪强度影响的模型，求解带有降雨作用的尾矿库坝体的位移分布。并应用于降雨尾矿库坝体的简单算例分析。对工程实例分析采用非饱和渗流与土坡弹塑性模型分析相结合的有限差分数值分析方法，对非饱和渗流作用下的坝体变形问题进行了数值模拟计算分析。

摘要： 在饱和-非饱和渗流理论及岩质边坡土-水特征曲线的基础上,对岩质边坡在降雨入渗情况下非饱和区基质吸力的变化及暂态饱和区的形成进行分析,结合工程实例,采用强度折减法在考虑不同降雨强度及持续时间对非饱和渗流岩质边坡稳定性的影响进行分析.计算结果表明,降雨入渗产生的渗流区域主要出现在边坡表层区域;雨水的入渗使地下水位升高,而暂态孔隙水压力的升高和非饱和区基质吸力的下降使得边坡稳定性下降;降雨强度及降雨持时对边坡稳定性的影响最为显著.降雨持时相同的情况下,边坡安全系数随着降雨强度的增大而降低,随着降雨持时的增加,雨水在土壤中入渗的越深入,同一高度位置含水量和孔隙水压力越大,基质吸力降低越多,边坡安全系数也降低越多.

摘要： 岩土工程设计、施工和安全性评价经常涉及到裂隙岩体非饱和渗流问题。如降雨入渗或库水位变化造成的岩质边坡失稳就与岩体中的非稳定非饱和渗流密切相关,但裂隙岩体由于参数的随机性、模糊性以及赋存环境的复杂性,其渗透特征远比一般的多孔介质复杂,因此考虑非饱和渗流以及该条件下的边坡稳定性是值得深入研究的课题。目前对于裂隙岩体非饱和渗流和边坡稳定性分析方法的研究取得了一些进展,在总结众多学者研究成果的基础上,根据非饱和渗流计算原理,以DDA方法为分析手段,着重探讨了降雨入渗工况下的非饱和渗流场和边坡稳定性。其成果显示,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大。实际工程的数值仿真实验表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明采用非饱和渗流程序和边坡稳定分析的DDA方法均是可行有效的,能付诸于实践。

摘要： 本发明公开了一种高时空分辨率的非饱和土三维渗流场观测试验装置，包括渗流试验模型系统、PIV测试系统和孔压传感器量测系统，与现有技术相比，本发明公开的试验装置可通过渗流试验模型系统真实再现土体自然状态下的降雨入渗过程，通过电子天平、CCD高速相机和微型孔压传感器可分别快速连续量测土体的进出流体量和土体孔压变化情况，同时依据不同饱和度的土体具有不同的颜色灰度，来实现渗流场湿化前沿轨迹的跟踪，通过CCD高速相机连续、多侧面的拍照来实现高时空分辨率的非饱和土三维渗流场观测。本发明模型试验装置操作方便，涉及的仪器构造简单，可调性强，易于掌握，对于解决涉及非饱和土渗流的岩土工程问题具有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种降雨入渗下非饱和黄土边坡渗流控制方程计算方法，包括：1、根据黄土边坡在降雨入渗条件下破坏影响因素，通过合理假设，建立了水平坡面和倾斜坡面黄土边坡渗流场分析模型，通过多孔介质理论和水力学理论得到了二维非饱和黄土渗流的控制方程。2、将竖向降雨方向和水平方向的坐标系转换为沿斜坡坡面方向和垂直于坡面方向，得到经过坐标转换和简化后的非饱和黄土渗流控制方程。3、依据土水特征曲线、渗透系数方程和达西定律，推导出了在降雨过程中黄土边坡内部瞬态含水率的解析解，确定了雨水入渗深度及饱和入渗深度。本发明的效果是解决了雨水入渗边坡的渗流场解析计算困难和非饱和土的计算参数不准确。

摘要： 本发明公开了一种非饱和土一维水‑气两相渗流试验装置，包括护筒(1)和气液分离器(7)，护筒(1)上设有溢流口(5)，气液分离器(7)上设有进口管(8)和调节管(10)，进口管(8)与护筒(1)下端连通，气液分离器(7)侧壁上设有空气溢流管(12)和水出流管(14)，水出流管(14)的水封部的一折弯段或水出流管(14)出口端高于或等于水出流管(14)水平高。本装置在护筒(1)内依次填装碎石(3)、土壤(2)和上覆水(4)，通过测量空气溢流管(12)和水出流管(14)可直观的得出土壤中水和空气的流速和流量。解决现有不能同时在非饱和土渗流过程中分别测量水和空气的流速和流量的技术难题。

摘要： 本发明提供了一种力学渗流耦合的非饱和土数值模拟方法及系统，属于非饱和土数值模拟领域。该方法在合理表征非饱和土吸力相关的弹塑性本构行为的巴塞罗那基本模型(BBM)的基础上，发展基于非饱和的Cosserat‑Biot连续体的水力‑力学有限元数值模拟方法。通过采用更加合理地表征非饱和土吸力相关的弹塑性行为的本构模型，及更准确反映土体渗流‑变形耦合行为的连续体模型，提高非饱和土的力学渗流耦合数值模拟的准确性。

摘要： 本实用新型公开了一种非饱和土一维水‑气两相渗流试验装置，包括护筒(1)和气液分离器(7)，护筒(1)上设有溢流口(5)，气液分离器(7)上设有进口管(8)和调节管(10)，进口管(8)与护筒(1)下端连通，气液分离器(7)侧壁上设有空气溢流管(12)和水出流管(14)，水出流管(14)的水封部的一折弯段或水出流管(14)出口端高于或等于水出流管(14)水平高。本装置在护筒(1)内依次填装碎石(3)、土壤(2)和上覆水(4)，通过测量空气溢流管(12)和水出流管(14)可直观的得出土壤中水和空气的流速和流量。解决现有不能同时在非饱和土渗流过程中分别测量水和空气的流速和流量的技术难题。

摘要： 一种非饱和横向渗流试验系统，包括第一水腔、第二水腔，第一水腔、第二水腔之间设置有样本且三者相互过水；所述第一水腔通过第一导管与马氏瓶连接，第二水腔通过第二导管与可升降的溢流槽的稳定水室连通，多余溢出的水通过溢流水室流入集水瓶；所述第一水腔、第二水腔外连有第一测压管和第二测压管。本实用新型提供的一种非饱和横向渗流试验系统，通过人为改变渗流试验的边界条件，能够用以探究不同类型多孔隙介质非饱和区的横向渗流规律，而且设备简单、操作方便。

摘要： 一种砂、土二维非饱和渗流实验装置及方法，装置包括实验箱体和水位调节容器，实验箱体分为储水腔室和储料腔室，二者通过隔档立板分隔，水位调节容器与储水腔室之间通过虹吸管相导通；隔档立板上开设有水平渗水孔，储料腔室底板上开设有竖直漏水孔，储料腔室侧板上开设有水平漏水孔；储水、储料腔室正向面板采用透明面板，其表面具有方格网络标线。方法为：向储料腔室装填实验砂土料，设定储水腔室水位，观察渗流区的润锋变化过程并拍照记录；观察竖直、水平漏水孔出水情况；当润锋不再变化且进入渗流稳定状态，开始测量非饱和水含水率的空间分布，在方格网络标线交汇点处取样，计算质量、体积含水率，绘制竖直、水平方向体积含水率分布规律图。

摘要： 本发明属于岩石渗流力学领域，涉及一种基于磁共振成像技术进行岩石非饱和渗流定量计算的方法，包括将岩石加工为标准尺寸的圆柱体岩石试样；选取一个岩石试样浸水至质量恒定，表面密封静置48h作为标准岩样，对其他所有岩石试样上下端面进行防水处理；岩石试样浸泡水中不同时间；利用磁共振成像系统直接测量岩石试样在不同浸水时间及浸水3min后不同静置时间的条件下内部水分分布及非饱和渗流过程；提取磁共振灰度图像灰度值，获得水分分布与空间和时间关系曲线；结合获得的非饱和渗流试验数据建立该岩石非饱和渗流理论计算方程；根据推导的非饱和渗流方程建立该岩石非饱和渗流的数值模型。通过本发明的岩石非饱和渗流定量计算方法，岩石试样内部非饱和渗流特征得到比较直观的描述，水在岩石试样内部分布位置和相应含量能被定量化计算。

摘要： 本发明提供了一种岩体裂隙非饱和渗流试验系统，包括用于夹持裂隙岩体(11)的夹持器(12)，通过进水管(21)与第一端帽(13)连接的待测溶液瓶(22)，待测溶液瓶(22)与第一端帽(13)之间的高压计量泵a(23)，通过进气管(31)与第一端帽(13)连接的待测气罐(32)，待测气罐(32)与第一端帽(13)之间的真空泵(33)，通过出水管(24)与第二端帽(14)依次连接的水气分离装置(25)、高压计量泵b(26)、集液瓶(27)，与试验箱(1)连接的增压泵(4)。本申请通过控制增压泵来加载压力，温度控制装置控制试验箱的温度，采用高压计量泵进行自动计量，实现实时动态监测，能测得真正意义上的裂隙非饱和水力参数，精度高。

摘要： 本发明提供一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置，包括用于夹持裂隙试件的夹持器、高精度柱塞泵、气瓶一、回压控制装置、水气分离装置、储水容器、电子天平，所述气瓶一通过压力调节阀一与裂隙试件的入口端相连，所述高精度柱塞泵与裂隙试件的入口端相连，所述裂隙试件的出口端、回压控制装置、水气分离装置、储水容器依次相连，储水容器置于电子天平上。本发明结构简单，操作简便，解决了传统二相流试验装置和拟稳态驱替试验装置的不足，能实现真正意义上的非饱和渗流状态，且对现有的岩体裂隙非饱和渗流试验装置进行了改进，解决了已有装置较难直接测量毛细压力、供水量测量不准确等问题，在试验精度控制方面具有突出的优点。