饱和-非饱和渗流

摘要： 针对降雨入渗导致的边坡失稳这一安全问题,以巴润露天矿边坡为研究对象,探究降雨入渗条件下排水孔布设参数对边坡稳定性的影响。采用空气单元法模拟排水孔,基于VG模型确定水土特征曲线,运用Geo-studio软件进行数值模拟分析。基于灰色关联法确定排水孔布设参数对边坡稳定性影响的关联度,分析单一变量条件下坡体内孔隙水压力和总水头变化,在此基础上通过正交试验和极差分析法对布设参数进行优化,确定排水孔布设参数最优水平组合。最后通过对比无治水措施边坡与布设排水孔边坡的稳定性,验证降雨条件下排水孔布设方案的有效性。结果表明:排水孔孔长为主要影响因素,孔径和倾角为次要影响因素;孔长10 m、孔径120 mm和倾角6°时,排水孔对边坡降压增稳效果最好;在经历48 h降雨情况下边坡安全系数仍保持在1.30以上,相较于无治水措施边坡安全系数提高了36.8%。

摘要： 降雨下渗引起的坡体渗流场变化是诱发边坡失稳的主要因素之一。基于昌波水电站工程,选取地下厂房区含垂向结构面边坡的典型剖面,建立二维等效连续介质有限元模型,利用饱和-非饱和渗流分析理论,研究不同降雨强度下含垂向结构面边坡的饱和区扩散范围及水压力分布变化,并对坡表防护效果进行分析评价。对不同工况下运行期边坡水头分布及洞室出流量进行了模拟与预测,为进一步研究降雨入渗对边坡稳定的影响及水电站的建设和安全运行提供了依据。

摘要： 基于混合格式Richards方程的数值模拟能保证质量守恒,可模拟饱和-非饱和渗流。采用有限元模拟时,需知节点处的体积含水率,但由于体积含水率在材料分界面不连续,模拟非均质土体渗流时存在一定困难。为实现基于混合格式Richards方程的非均质土体饱和-非饱和渗流有限元模拟,将材料分界面的节点赋予两个编号,从而分界面上节点的体积含水率分别根据不同材料参数按压力水头泰勒展开;同时应用拉格朗日乘子法保证总水头在材料分界面的连续性。根据所建模型的有限元格式,编制了Matlab数值模拟程序,并用于模拟一维层状土入渗和脱湿过程及二维层状土入渗过程。所得结果与一维解析解、二维其他学者研究结果吻合较好,同时所建模型满足质量守恒。

摘要： 为减少修筑在深厚砂砾石覆盖层上土石坝的渗流损失,提高大坝的安全稳定性,针对某深厚砂砾石覆盖层心墙土石坝,提出一种“库盘水平铺盖+坝基砼垂直防渗墙”空间正交组合渗流控制体系。利用Geo-studio软件耦合Seep/w和Slope/w模块进行坝基渗流方案模拟,基于饱和-非饱和渗流理论研究库水位骤降速率对坝坡瞬态抗滑稳定性的影响。通过对比渗流稳定性态约束条件和经济技术条件,提出坝基渗控最优方案。研究表明,“库盘水平铺盖+坝基垂直砼防渗墙”空间正交组合渗流控制体系在技术经济方面优势显著,可为类似坝基条件下土石坝渗流控制和安全调度运行提供一定的技术参考。

摘要： 雨水是城墙本体内水分运移的主要补给来源,强降雨会造成古城墙遗址失稳破坏,研究强降雨作用下的城墙本体水分运移特性具有重要意义。以郑韩故城古城墙为例,利用ABAQUS软件开展了不同降雨要素下的雨水入渗和运移特性研究,分析了城墙本体内各水力特性参数的变化规律。结果表明:由于城墙入渗表面较大影响,表面孔隙水压力的变化速率及幅度均与降雨强度呈正相关;相同降雨强度下,初始基质吸力较大的城墙表面孔隙水压力值增长速率明显大于初始值较小的城墙表面;降雨影响深度范围内,水分运移速率由城墙表层向深部逐渐减小;同一降雨条件下,城墙表面饱和度的增长速率随坡角增大而显著减小。因此,城墙修缮保护中,应强化城墙中部和顶部等平台处的防排水设计和风险监测。

摘要： 为对比不同类型植被根系在降雨条件下对坡体内水分运移影响和浅层固土效果,基于FLAC 3D软件的FISH编程模块进行二次开发,对间隔降雨大暴雨工况下3种不同植被类型根系固土边坡和未加固边坡分别进行数值计算,并与离心模型试验结果进行对比。结果表明:植被根系能够很好地阻止水分渗透,起到固土作用。heart根型加固边坡与素坡(未加固边坡)的水分运移规律截然不同,素坡表现为近坡表侧水分渗透速率快于远坡表侧;heart根型蒸腾作用最好,但plate根型两翼宽大更能抵抗浅层雨水冲刷与渗透,总的来说,heart根型最能减少坡体内部水分;tap、plate和heart 3种根型加固边坡最大水平向位移百分比分别减小52.22%、73.68%和70.24%,综合来看,heart根型更能减小内部位移,固土效果最好;数值模拟结果与降雨离心模型试验结果拟合趋势较好,验证了开发程序的正确性与有效性。研究成果为考虑更多工况与更复杂根型的模拟奠定了基础。

摘要： 为分析降雨渗流对围堰稳定性的影响,依托江西省某航电枢纽项目,以非饱和渗流理论为基础,运用Geo-Studio数值模拟软件对不同降雨条件下围堰的渗流情况和稳定性进行模拟分析,得到不同雨型条件下围堰稳定性的变化情况。研究结果表明:降雨对堰体影响具有滞后性,不同雨型对堰体强度滞后性的影响由大到小依次为:后峰型、均匀型、中峰型、前峰型,且滞后性受降雨强度影响;降雨入渗作用受降雨峰值出现的时间影响,堰体的安全系数随降雨强度峰值出现而骤减;相比初始稳定条件,前峰型降雨对围堰稳定性影响最小,后峰型降雨对围堰稳定性影响最大;坡内土体在前期降雨影响下渗透系数会处于一个高水平状态,此时围堰抵抗突发强降雨的能力将随渗透系数的升高而减弱。

摘要： 水对岩土体的力学参数存在明显的劣化效应。开展了不同含水率条件下滑坡堆积体三轴力学试验,建立了饱和度和力学参数之间的经验方程;对建立的经验方程进行了二次开发,通过饱和度和力学参数的耦合,实现了库水位实时变动过程中考虑岩土体力学参数变化对滑坡稳定性的影响,克服了库水位变动过程中岩土体物理力学参数不能随库水入渗变化的局限性。通过云南省兰坪县大华滑坡在库水位变动环境下的模拟结果和现场监测数据的比对,验证了考虑岩土体力学参数水致劣化效应的合理性,并对大华滑坡考虑水致劣化效应的变形演化规律进行了工程应用。

摘要： 降雨条件下,边坡土体吸水软化造成抗剪强度降低是引发边坡失稳的重要因素之一.雨水在边坡土体中的入渗过程是动态变化的,土体含水率(饱和度)也会随之发生持续变化,因此,研究土体抗剪强度在动态环境下的变化规律,对实时评价降雨工况下土体边坡的稳定性具有重要意义.文章以贵州省尖山营地区的膨胀土为研究对象,基于非饱和土强度理论,结合室内剪切试验数据分析了膨胀土的抗剪强度指标与土体含水率的关系,提出了以含水率为变量的抗剪强度公式;基于ABAQUS有限元软件平台的二次开发技术编写了USDFLD子程序,结合室内试验得出的土体抗剪强度变化规律,分析了降雨条件下土体含水率变化引起的强度衰减与土体重度变化对膨胀土边坡稳定性的影响.结果表明:随膨胀土含水率增加,土中颗粒吸水膨胀,颗粒间距缩小,矿物颗粒间的黏结作用逐渐增大,直至集合体空隙充水,吸力减小,黏结作用迅速减弱;膨胀土的抗剪强度总体呈递减趋势,其中,黏聚力先增后减,内摩擦角递减.应用ABAQUS有限元软件的二次开发技术可实现土体参数随含水率的动态变化而变化,为降雨条件下非饱和土边坡的有限元分析提供了一种新的技术手段.

摘要： 南水北调中线工程膨胀土渠道超过全长的四分之一,降雨是诱发膨胀土渠坡失稳的主要外因.对比分析了考虑非饱和渗流对边坡稳定性的影响,基于有限元方法计算降雨作用下渠道的饱和-非饱和渗流场,分析其边坡的安全系数和位移的变化规律,最后通过正交试验和灰色关联理论对渠道边坡稳定性的影响因素进行敏感性分析.研究结果表明:考虑非饱和渗流下边坡稳定性分析结果更切合工程实际;降雨过程中,边坡浅层一定深度内土体的孔隙水压力迅速增大,这一土体范围随着降雨强度增大和时长增加逐渐向深部扩展;降雨对堤顶向下0～2.5 m范围和一级马道向下0～5 m范围内土体含水率的影响较大,降雨强度的影响大于降雨时长;降雨导致土体吸水膨胀,位移出现轻微的回弹;渠坡的安全系数随着降雨持续逐渐减小,并且降雨强度越大,降幅越大;影响边坡稳定性因素的敏感性排序:黏聚力＞内摩擦角＞饱和渗透系数＞降雨强度＞降雨时长＞土体重度.研究结果可为南水北调工程加强渠道稳定性提供依据.

摘要： 某水电站溢洪道边坡泄洪雾化降雨问题严重,为研究其稳定性,本文对溢洪道左侧边坡典型剖面建立考虑雾雨入渗的裂隙岩体饱和非饱渗流数学模型,以有限元为模拟手段研究降雨入渗机理以及饱和非饱和渗流特性,在此基础上用非饱和点安全系数法评价有地表入渗的岩质边坡稳定性.分析表明:雾雨会降低岩体抗剪强度,造成地下水位的缓慢升高,非饱和区会形成暂态饱和区,这是边坡失稳的重要控制因素.渗流及稳定性研究成果可为雾化区边坡渗控设计提供参考.

摘要： 泄洪雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和渗流问题是目前我国西南地区在建和已建高坝所面临的一个共同问题.本文从理论上分析了雾雨作用下饱和非饱和介质中水分运动特征;根据饱和渗流和非饱和渗流的数学模型,建立起统一的岩体饱和非饱和非稳定渗流数学模型;编制了有地表入渗作用的饱和非饱和非稳定渗流三维有限元计算程序;对有限元求解中的容水度问题、非饱和水力参数问题以及初始水头场问题作了相应的优化处理;最后,以实际工程为例进行了饱和非饱和渗流分析,计算结果表明,比天然降雨雨强大很多的雾雨入渗会形成对边坡稳定不利的暂态饱和区,并引起地下水位的抬高;暂态饱和区的大小和地下水位的增幅取决于边坡表面的护坡效应和排水、防渗帷幕等措施,因此应该加强边坡表面的保护以及合理的设置排水、帷幕等措施,以便减少入渗和地下水位的抬高.

摘要： 泄洪雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和渗流问题是目前我国西南地区在建和已建高坝所面临的一个共同问题.从理论上分析了雾雨作用下饱和非饱和介质中水分运动特征;根据饱和渗流和非饱和渗流的数学模型,建立起统一的岩体饱和非饱和非稳定渗流数学模型;编制了有地表入渗作用的饱和非饱和非稳定渗流三维有限元计算程序;对有限元求解中的容水度问题、非饱和水力参数问题以及初始水头场问题作了相应的优化处理;以实际工程为例进行了饱和非饱和渗流分析,计算结果表明,比天然降雨雨强大很多的雾雨入渗会形成对边坡稳定不利的暂态饱和区,并引起地下水位的抬高;暂态饱和区的大小和地下水位的增幅取决于边坡表面的护坡效应和排水、防渗帷幕等措施,因此应该加强边坡表面的保护以及合理的设置排水、帷幕等措施,以减少入渗和地下水位的抬高.

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 发展了一种求解Richard方程的有限元方法，采用对时间积分的方法来近似控制方程，并采用质量集中技术来保持数值模拟的稳定性。该方法对于已公开发表的几个试验结果模拟很好，表明适用于多种问题。所提出的对控制方程的近似方法，使计算结果质量守恒。该方法对于入渗锋面、稳定渗流和非稳定渗流地下水位和瞬变溢出面都能很好地模拟。采用皮卡(Picard)迭代法收敛效率很好，没有发生数值振动。给出了该方法的足够细节已便利实施，并给出了三个验证算例。

摘要： 通过运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响。分析结果表明:雨水入渗引起土壤基质吸力的大量丧失;降雨强度对饱和渗透系数较大土坡的基质吸力变化的影响较小,为研究降雨入渗引起的土坡失稳提供了有价值的参考依据。

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： 一种时域反射非饱和渗透仪，筒盖(11)中心位置开有出气口(1)；筒盖(11)与筒壁(8)连接处以第一橡皮圈(2)进行密封，底座(10)与筒壁(8)连接处以第二橡皮圈(6)进行密封；筒壁(8)内部等间距布置有5个埋入式波导(3)，筒壁(8)内土样与底座(10)间用透水石(4)进行隔离，底座上对应的透水石位置分别开有进水口(7)和出水口(5)。一种测定土体的非饱和渗透系数的方法，通过时域反射探针测定固定位置上的土体含水量，借助事先测得的被测土体的土水特征曲线，最终采用瞬时截面法，求取被测介质的非饱和渗透系数。本发明可运用于不同土样(原状或重塑)的非饱和渗透系数的量测，提高准确性。

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。

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。