高边坡山体饱和非饱和渗流场的初步分析_张家发
饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟
饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟
张培文;刘德富;黄达海;宋玉普
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2003(24)6
【摘要】介绍了饱和-非饱和渗流的计算程序数值模拟方法,该方法模拟了降雨过程中边坡内孔隙水压力的变化,克服了传统降雨边界处理方法的缺陷,考虑了降雨过程中地表边界的条件转化,为以后的径流渗流耦合的模拟提供了良好的基础,为降雨诱发滑坡研究提供了定量分析手段。
【总页数】4页(P927-930)
【关键词】饱和—非饱和渗流;数值模拟;降雨边界;滑坡;孔隙水压力
【作者】张培文;刘德富;黄达海;宋玉普
【作者单位】大连理工大学;三峡大学水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】P642.22;TV139.1
【相关文献】
1.三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟 [J], 张家发
2.饱和-非饱和非稳定渗流有限元分析方法的改进 [J], 周桂云
3.饱和-非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究 [J], 袁俊平;褚飞飞;季李通
4.大型贮灰场的三维饱和–非饱和瞬变流数值模拟及非饱和参数试验 [J], 丁家平;
徐辉;顾国新;李勤明;王富庆
5.饱和非饱和土体非稳定渗流数值分析 [J], 吴梦喜;高莲士
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
深厚覆盖层上土石围堰渗流控制体系及结构安全研究_张家发
图 1 乌东德水电站上游围堰设计剖面图 Fig． 1 Sectional drawing for the designed upstream cofferdam of Wudongde Hydropower Station
的最新研究成果，通过物理模型试验、数值模拟、材 料配方试验等开展本专题的针对性研究工作。
图 2 是本项研究的技术路线简图。开展渗流控 制体系及其论证方法，主要是数值模拟方法的研究， 在此基础上开展对实际工程的渗流场和渗流控制体 系的研究； 通过防渗体与周围介质接触作用的模型 试验，提出和完善接触作用模型及数值模拟方法； 通 过对实际工程的数值计算研究防渗体与堰体及覆盖 层之间相互作用机理； 通过渗流场模拟和应力应变 计算工作之间的互动，充分发挥渗流控制体系促进 防渗体安全和围堰结构稳定性的作用； 根据围堰和 防渗体的应力状态和变形特性，提出防渗墙材料设 计的强度和模量等指标要求，据此开展防渗墙材料 的配方研究； 针对提出的防渗墙体材料，试验研究材 料本构模型参数，反过来又运用到围堰的应力应变 计算中，通过围堰及其基础与防渗体变形的分析，提 出保障防渗体安全的变形控制目标； 根据堰体和防 渗墙之间相互作用的模拟成果，通过模型试验，研究 提出土工膜与防渗墙之间新的连接形式，以防止二 者连接部位的破坏； 研究防渗墙表面监测仪器的埋 设方法，研制相应的设备； 根据深厚覆盖层围堰工程 的特点，研究综合安全评价方法。
2 围堰工程特点和渗流控制目标
土石围堰工程本身就是一座土石坝，但是与一
收稿日期： 2011-07-19 基金项目： 国家“十一五”科技支撑计划（ 2008BAB29B02） ； 国家重点基础研究发展计划（ 2007CB714106） 作者简介： 张家发（ 1960-） ，男，安徽安庆人，教授级高级工程师，主要从事岩土工程和水工渗流研究，（ 电话） 027-82820029（ 电子信箱） seep
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程领域，土质边坡的稳定性分析是一个重要的研究课题。
特别是在非饱和至饱和状态变化条件下，土的物理力学性质会发生显著改变，从而对边坡的稳定性产生重要影响。
本文旨在分析非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响，以期为相关工程提供理论依据和实践指导。
二、土质边坡稳定性分析的理论基础土质边坡的稳定性分析主要涉及土的力学性质、边坡的几何形态、外部环境因素等多个方面。
其中，土的含水率是影响边坡稳定性的关键因素之一。
在非饱和状态下，土的强度和稳定性主要受控于土的吸力和摩擦力；而在饱和状态下，土的强度和稳定性则主要受控于土的抗剪强度和土体的重量。
三、非饱和状态对土质边坡稳定性的影响在非饱和状态下，土的吸力（包括基质吸力和渗透吸力）对边坡稳定性起着重要作用。
基质吸力能够增强土体的抗剪强度，提高边坡的稳定性。
而渗透吸力则能有效地降低孔隙水压力，进一步增强边坡的稳定性。
此外，非饱和土的抗剪强度随含水率的变化而变化，当含水率达到一定阈值时，边坡的稳定性会受到较大影响。
四、饱和状态对土质边坡稳定性的影响与非饱和状态相比，在饱和状态下，土体的强度和稳定性受到更大的挑战。
首先，土体在达到饱和状态后，其抗剪强度明显降低，边坡更容易发生失稳。
其次，饱和状态下的土体重量增加，加剧了边坡下滑的趋势。
此外，降雨等外部因素可能导致地下水位上升，进一步加剧了边坡的不稳定性。
五、非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响在非饱和至饱和状态变化过程中，土体的物理力学性质发生显著改变。
首先，随着含水率的增加，基质吸力逐渐减小直至消失，导致土体的抗剪强度降低。
其次，在达到饱和状态后，渗透力的作用逐渐增强，可能引发渗流破坏。
此外，由于地下水位的变化和降雨等因素的影响，可能导致边坡的渗流场发生变化，进一步影响边坡的稳定性。
六、分析方法与实例研究针对非饱和至饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性分析，可采用多种方法。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言土质边坡的稳定性研究是岩土工程领域的重要课题之一。
边坡的稳定性不仅受地质构造、地形地貌、岩土性质等自然因素的影响，同时也受到气候条件、水文环境等外部条件的影响。
尤其在非饱和至饱和状态变化的情况下，土质边坡的稳定性更是受到极大的挑战。
本文将重点分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性的影响因素及其变化规律。
二、非饱和状态下的土质边坡稳定性在非饱和状态下，土质边坡的稳定性主要受土的力学性质、含水率、土壤结构等因素的影响。
土的力学性质包括内摩擦角和粘聚力，它们决定了土的抗剪强度和承载能力。
此外，随着含水率的增加，土壤的结构和力学性质会发生变化，进而影响边坡的稳定性。
三、饱和状态下的土质边坡稳定性当土质边坡进入饱和状态时，水的存在对边坡稳定性的影响变得尤为显著。
水的存在会降低土的力学性质，增加孔隙水压力，从而降低土的抗剪强度。
此外，由于水的渗透作用，可能导致边坡内部产生渗流力，进一步影响边坡的稳定性。
四、非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响主要体现在以下几个方面：一是土的含水率的变化会导致土的力学性质发生变化；二是由于水的渗透作用，可能产生渗流力，影响边坡的稳定性；三是当土进入饱和状态时，其抗剪强度和承载能力会有所降低。
这些因素的综合作用使得土质边坡在非饱和—饱和状态变化过程中稳定性受到较大影响。
五、分析方法与模型为了分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，可以采用有限元法、有限差分法、离散元法等方法建立数值模型。
同时，结合室内外试验，如直剪试验、三轴试验等，对土的力学性质、渗流特性等进行研究。
此外，还可以采用极限平衡法、概率分析法等方法对边坡的稳定性进行定量评价。
六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过建立数值模型和进行室内外试验，分析该地区土质边坡在非饱和—饱和状态变化过程中的稳定性。
基于饱和-非饱和理论的尾矿库渗流场模拟分析
90工业安全与环保2013年第39卷第10期I ndus t r i al Saf et y a nd Envi w nnm [1t al Pr o t ect i onO ct ober 2013基于饱和一非饱和理论的尾矿库渗流场模拟分析朱毅川1徐克2程镇2杨楠2(1．中国地质大学工程学院武汉430074；2．湖北省安全科学技术研究中心武汉430070)摘要在稳定性分析过程中，尾矿库力学参数选取困难，尾矿库边界条件复杂，需要能够较为精确预测尾矿坝浸润线位置和稳定性计算的方法。
在饱和一非饱和渗流理论研究的基础上，对尾矿库渗流场的分布进行了数值模拟，通过对比研究，饱和一非饱和模型比饱和渗流模型更加符合尾矿库的渗流规律。
研究了初期坝透水性与干滩长度对尾矿库浸润线的影响，对比分析了影响尾矿库渗流的一些关键因素，以期能更好地解决尾矿库渗流稳定性评估问题。
关键词尾矿库稳定性分析数值模拟饱和一非饱和理论T he S i m ul a t i on of T ai l i ngs Seepage Fi el d B as edont heSaturat ed —-嘲turat edT heor yZ H U Y i c hua nlX U K e2C H EN G Zben2Y A N G N an2(1．Eng ／neer ／ngFacul t y ，C hi na U ni ver si t yofC ．eos ci encesW uba n430074)A bst r actI n t he s t abil i t y anal y si s of t he r ai l i ng s ，t he sel e ct i on of t he m ec ha nl e al para m et e r s of t he t ai li ngs is usua l l y i na c-cu _rl l t ea ndSOi t i s ba dl y i n need ofa m or e ac cu r at e m et h od t o f or ecastt aat ,峥dam s ee pa ge l l ne l ocat i on a nd s t abi l it y ca l cu-l at i on becaus e of t he bou ndar y condi t i ons of t he t a i l i n 铲．Base d o nt he sa t ura t e d —unsa t ura t e d s ee pa ge t heor y ，t he di st r i bu-t i m 0f t he t ai li ng pond s ee pa ge f i el d is si m ul a t e d i n t his paper ．．I l II oL 曲com parat i ve gt udy ，i tis f ound t hat sat ur at e d —t i nsa t ura t ed m odelc anbet t er agr e et o t het aaa 啦seepage r ul e t han sat ur at ed s ee pa ge m odel ；t he i nf l uence s of t he i ni ti al da ml m m eabi l i t y a nd dr y l e ngt ho nt het aj l i I 骖i nf i l t r at i ng l i near er es ea r ched ．The paper ha sal so 舡l a 】咖脚80nl e keyf act or s af-f ect i ngthe 咖seepagei n or de r t o bet t er addr es s t he r ai li ngs s ee pa ge st abi l i t y asse ssm en t ．K ey Wor ds t ai l ings ponds t abi l it ymla ：Iys i 8num er i c alsi m ul a t i onsa t ura t e d —unsa t ura t e d t heor y0引盲尾矿库浸润线的高低是影响尾矿堆积坝稳定性的主要因素之一。
基于饱和—非饱和渗流理论对渠堤进行渗流分析计算
基于饱和—非饱和渗流理论对渠堤进行渗流分析计算本文基于饱和-非饱和渗流理论，建立渠堤边坡二维渗流模型，利用Geo-Studio的SEEP/W进行渗流分析计算。
根据计算结果，得出渗流速度、渗透坡降，渗透流量等参数，并提出相应工程措施，避免发生渗透破坏，为类似非饱和土体渗流分析计算提供参考。
标签：渗流；饱和-非饱和；渗透坡降；防渗措施前言一般情况下，我们把流体在多孔介质中的流动称为“渗流”，传统土石坝或堤坝渗流分析，常忽略非饱和土的渗透性，造成计算结果不能真实反应地下水渗流，对防渗及边坡稳定计算有影响。
S.P.Neuman曾提出引入有限单元法对饱和-非饱和土体建立有限控制方程进行离散求解；Van Genuche得出的广泛应用的非饱和土体渗流计算公式。
本文在理论的基础上，拟合土壤水分特征曲线，利用有限分析软件Geo-Studio的SEEP/W建立二维渗流模型进行渗流计算，并提出相应的防渗措施，为类似饱和-非饱和渠堤或堤坝渗流分析提供参考。
1、饱和与非饱和渗流理论饱和-非饱和土体所具备的能量用力学观点解释为“土水势”。
其包括由重力场作用引起的重力势，由压强差引起的压强势和由土的基质对水分的吸附作用产生的基质势，非饱和区基质势0。
根据质量守恒定律以及假定渗透系数张量与坐标方向一致，得出：上式即为饱和-非饱和渗流基本微分方程。
2、数值分析计算本文选取某电站右岸渠堤，堤身采用砼面板砂卵石填筑，尾水渠底宽91m，正常水深7.94m，尾水渠道地质结构为第四系冲积层（Q42al、Q41al），地层岩性存在卵砾石夹砂、粘质或粉质土，覆盖层堆积厚度12～26m，下伏基岩为白垩系，下统夹关组（K1j）。
计算工况选择为：施工期尾水渠开挖至建基面高程354.5m，右岸地下水位为丰水期地下水位374.5m。
典型剖面的渗流场、水头等值线、渗透坡降等值线分别见图1图2。
计算结果表明：（1）右岸地下水渗流特征主要反应在覆盖层区域内，即渗流通道主要位于覆盖层，各剖面渗流特征均符合地下水流动规律；（2）各剖面的水头等值线均从影响范围边界向尾水渠中心降低，沿渗流路径变化缓慢，分布较均匀，在渗流逸出点附近分布加密。
高陡边坡地下水渗流场三维有限元分析及其实例研究
高陡边坡地下水渗流场三维有限元分析及其实例研究
姜立春;吴爱祥;陈嘉生
【期刊名称】《湘潭矿业学院学报》
【年(卷),期】2003(18)3
【摘要】复杂多变不均匀介质中各向异性地下水渗流是非线性的,采用三维有限元数值分析是处理实际多介质复杂边界条件的渗流问题的有效方法。
导出了三维渗流数值模型,实现了三维渗透流动问题任意渗出面的迭代求解。
通过对高陡边坡三维渗流问题的实例计算,得到了计算水平各个剖面的浸润线图,结果表明与实际情况相符,为边坡安全设计、工程处理提供依据。
图6,参11。
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】高陡边坡;有限元法;渗流场;浸润线;地下水
【作者】姜立春;吴爱祥;陈嘉生
【作者单位】中南大学资源与安全工程学院;新桥矿业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P641.2
【相关文献】
1.三峡船闸高边坡裂隙岩体渗流场三维有限元分析 [J], 张家发;李思慎
2.降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析 [J], 娄一青;郑东健;岑黛蓉
3.三峡船闸高边坡渗流场三维有限元分析 [J], 谢红;任大春
4.基于FEFLOW的岸坡地下水三维渗流场模拟研究 [J], 李庆伟;晏鄂川;杨广;崔学
杰
5.唐山陡河水库凤山地下水渗流场探测分析 [J], 张丽艳
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
降雨条件下某堆积体饱和-非饱和渗流及稳定性分析
Ｚ ＡＮＧ ｉ～ｏ ｇ ， Ｅ Ｇ Ｆａ — ｅ ， Ｈ Ｊｕ ｌｎ Ｍ Ｎ ｎ ｈ ｒＡＮＧ —ｅ ｇ ， Ｈｕ ｆｎ ｒＡＮＧ ｉ Ｊｎ
（ ． ａ ｕｔ ｆＥ ｇ ｎｅｉｇ， ｈｎ ｎｖｒｉ ｆＧ ｏｃｅ ｃｓＷ ｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ １ Ｆ ｃ ｌ ｏ ｎ ｉｅｒｎ Ｃ ｉａＵ ｉｅｓ ｙｏ ｅｓｉ ｅ ， ｈ ｎ ４ ０ ７ ， ｈｎ ； ｙ ｔ ｎ
ｏ ． ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｓ ｃ ｉ ｎ ｉ ｏ ｅ ｏ ｈ ｉ ａ ｔ ｒ ａ ｓｎ ｏ ｓｄ ｒ ｂ ｅ ｄ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｆｍａ ｒｃ ｕ ｔ Ｓ ｎ ｆ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｆ ｃ ｏ ｓ ｃ ｕ ｉ ｇ ａ ｃ ｎ ｉ ｅ ａ ｌ ｏ ｏ ｒ ｄ ｃｉｎ ｉ ｈ ｔ ｂｌ ｙ ｏ ｈ ｃ ｕ ｅ ｕ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ａ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ａ ｃ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｓｏ ｅ ｕ ｄ ｒ ｒ ｉ ｆ ｌ ｉ ｆ ｔ ａ ｉ ｎ Ｆｕ ｔ ｅ ｍ ｏ ｅ ｔ ｅ ｐ ａ ｔ ｏ ｅ ｉ ｌｔｏ ｌ ｐ ｎ ｅ ａｎ ａ ｌ ｎ ｉ ｒ ｔ ． ｒ ｈ ｒ ｒ ，ｈ ｌ ｓ ｉ ｚ ｎ ｌ ｏ ｃ
堤防的渗透破坏及其治理方法综述
堤防的渗透破坏及其治理方法综述陈西安河海大学岩土工程研究所，南京（210098）E-mail：xian12617@摘要：大量的洪灾资料表明，堤基与堤身渗流对河道堤坝破坏危害最大，其发生的数量多，分布范围广，其易诱发重大溃堤险情。
本文对堤防渗透破坏的研究现状作了总结，详细归纳了堤防渗透破坏的类型和分类方法；渗透破坏类型的判别方法；总结了堤防渗透破坏的各种计算方法及其优缺点，分析了各种计算模型的原理和特点。
简要介绍了堤防工程中的垂直防渗工程，其中悬挂式防渗墙在阻滞渗透破坏中的作用有待于进一步研究。
关键词：堤防渗透破坏；管涌；分类；判别;悬挂式防渗墙1引言洪涝灾害是我国危害最大、造成损失最严重的自然灾害。
而大量的洪灾资料表明，堤基与堤身渗流对河道堤坝破坏危害最大，其发生的数量多，分布范围广，其易诱发重大溃堤险情 [1]。
中国已修建江河湖海堤防长度达26km，不少工程质量很差，需进行防渗加固处理的占相当大的比例；已建成水库8.5万多座，其中病险水库约占1/3，加固任务十分艰巨紧迫[2]。
1998年长江流域大水，除个别江堤决口外，沿江发生管涌冒沙等险情9405处，其中因渗漏问题出险的7548处，出现了险情丛生的紧张局面。
长江中游540个重要堤防险情中有90%是由堤基问题引起的，其中90%又是为管涌所致[3]。
2堤防渗透破坏的分类在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为“流土”。
填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“管涌”。
通常将上述两种渗透破坏称为管涌（又称翻沙鼓水，泡泉）。
其实，堤防工程中常说的管涌基本上都是土力学中的流土破坏。
2.1堤身渗透破坏的分类堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。
分述如下：1.堤坡冲刷堤坡冲刷系由背水堤坡渗水所致。
一种是堤坡的出溢比降大于允许比降而产生的渗透破坏，另一种是渗水集中后造成对坡面的水流冲刷。
2.堤身漏洞堤防背水坡及堤脚附近出现贯穿堤身的流水孔洞称为漏水洞。
降雨入渗深度对黄土边坡破坏面形成及发展的影响研究
纵观上述发展过程，边坡稳定性研究的发展趋势可归纳为：从定性分析发展到定量分析，从确定性分析发展到非确定性分析。
定量分析法又称为数学模型法，是在定性分析的基础上建立研究对象的地质模型，通过合理的假设和简化，将复杂的对象抽象成可以求解的数学模型，并选取合理的参数，进行预测计算，最终获取预计结果。
目前滑坡分析方法可以分为两大类[10]：非确定性分析方法和确定性分析方法。
前者主要包括模糊数学分析法、灰色理论分析法、灰色模糊综合法以及概率分析法等；后者主要包括解析法和数值分析法。
综上所述，应用之前提到的各种分析方法和大量的工程实践经验对边坡的稳定性进行定量和定性的分析才是较为合理的分析方法。
众所周知，分析理论只有通过工程实践的验证才能得以完善，所以将现有的理论分析方法与工程实例相结合，既能完善分析理论又能指导工程实践。
1-2-2 渗流作用下边坡稳定发展现状降雨入渗深度对滑坡的影响应当从三方面进行考虑：一是饱和-非饱和渗流理论的研究；二是降雨入渗对于滑坡起加载作用，加载的大小取决于降雨入渗深度的多少；三是降雨的入渗使得边坡的力学参数降低，使边坡的内聚力降低，抗剪强度减小。
所以应从以上三方面着手探讨入渗深度对破坏面的发展和影响。
目前的一些研究[11]~[12]已表明降雨入渗一方面使坡体抗剪强度降低(在饱和状态下岩体的抗剪强度可能比天然状态下降22.1%～42.2%[13])；另一方面雨水入渗导致暂态水荷栽出现，对于地下水位较低、非饱和区较厚的边坡则形成暂态饱和非饱和渗流场。
非饱和区的水分运动影响着降雨入渗补给过程及边坡体内地下水压力的分布状况。
降雨首先使边坡表面饱和或接近饱和，雨水通过土体孔隙向地下深部渗透，在地下水位以上非饱和区孔隙水压力增大，形成暂态附加孔压水荷载。
其荷载分布与介质结构、介质原有含水量分布、降雨过程、强度及历时等有关。
当降雨持时长、强度大时，在非饱和区形成暂态饱和区，对边坡稳定性产生不利影响。
饱和—非饱和渗流影响下非连续性岩体边坡稳定分析方法研究
Nanjing, People’s Republic of China, April, 2005
分类号（中图法） 论文作者姓名
TV3
UDC（DDC） 学号 2002207
627 单位
密级
无
. .
姜媛媛
河海大学
论文中文题名 饱和—非饱和渗流影响下非连续性岩体 边坡稳定分析方法研究
论文中文副题目 论文英文题名
244离散一连续介质耦合模型离散一连续介质耦合模型认为裂隙岩体是由数目众多密度较大的小型裂隙和数目不多并起主要导水作用的大中型裂隙组成的混合介质对大中型裂隙按离散介质处理适用离散裂隙网络模型而对这些大中型裂隙切割形成的区域中大量分布的小型裂隙及孔隙按连续介质处理适用等效连续介质模型并根据两类介质接触处水头连续及流量平衡原则建立耦合求解方程
论文作者（签名） ：
年
月
日
摘
要
岩体边坡中的渗透水压力和渗流场分布是影响边坡稳定和变形的重要因素之一。本 文基于非稳定饱和—非饱和渗流理论，应用非连续变形分析（DDA）方法深入研究了库 水位变化和降雨入渗条件下岩体边坡的非稳定饱和—非饱和渗流场及其对边坡稳定性 的影响。主要内容如下： 1. 由渗流基本物理方程出发，以压力水头为基本未知量推导了非稳定饱和—非饱 和渗流微分方程，阐述了饱和—非饱和渗流问题的基本概念及其相应的定解条 件。 2. 在分析降雨入渗机理的基础上，研究了考虑降雨入渗影响的非稳定饱和－非饱 和渗流场有限元分析方法。运用 Galerkin 加权余量法给出了有限元计算格式， 研制开发了三维非稳定饱和—非饱和有限元计算分析程序，并通过算例予以验 证。 3. 分析比较了极限平衡法、极限分析法、有限元法、离散单元法、DDA 等边坡稳 定性分析评价方法的优缺点，针对岩体边坡的非连续变形和大变形特征，采用 非连续变形分析展开研究，提出了基于三维非稳定饱和—非饱和渗流分析的岩 体边坡稳定非连续变形分析方法。 4. 以某两水库边坡滑坡体为例，研究了库水位骤降、降雨入渗条件下岩体边坡非 饱和渗流场的变化规律，并利用非连续变形分析方法（DDA）模拟了边坡的变 形，分析了边坡的稳定性，探讨了非稳定饱和—非饱和渗流场对边坡稳定性的 影响机理。 关键词 岩体边坡 饱和－非饱和渗流 降雨入渗 有限元法 边坡稳定 非连续变形分析 （DDA）
饱和-非饱和土渗流数值分析方法综述
建 筑 技 术
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第 ４７卷第 ５期 ２０１６年 ５月
Ｖ＿ ０ｌ＿４７ Ｎｏ．５ Ｍ ａｖ．２０１６
饱和 一非饱和 土渗流数值分 析方法综述
王成华 ， 张燕青
（天津大学建筑工程学院 ，３０００７２，天津 ）
摘 要 ：饱和 一非饱和渗流是岩土工程中最常见的 问题之一 ，国内外针对这 －ｆ￣ ｑ题进行了大量 的数值 分析 研究 。通过对饱和 一非饱和渗流数值分析研究进行总结 ，从渗流分析模型与方法 、非饱和土的渗透特性 、 初始条件以及非饱和土降雨入渗边界条件四个方面介绍了饱和 一非饱和渗流数值分析 的研究现状 ，讨论 了现 有分析方法存在 的问题 。在 目前普遍考虑单相流的情况下 ，应该重视气相 的影响 ；重视非饱和渗透特性 的确 定 ，研究数值拟合 中各参数 的合理取值 ，同时注 重非饱和渗透特 眭的实验量测 ；为提高饱和 一非饱和渗流数 值分析 的准确性 ，应该重视提出符合实际 的初始孔压场 ，提出合理 的边界条件 。
以下的饱和区内的渗流，而忽略了非饱和区内的渗流 ， 和方法已经比较成熟 ，但饱和 一非饱和渗流控制方程
．
Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ： ｓａｔｕ ｒａｔｅｄ－ｕｎｓａｔｕ ｒａｔｅｄ ｓｅｅｐａｇｅ； ｔｈｅ ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｂｏｕｎｄａｒ ｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
岩土工程中的渗流问题所涉及的多为饱和 一非饱
，
ｔｈｅ ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｏｉｌ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｉｎｆａＵ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ，
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程中，土质边坡的稳定性分析是重要的研究领域。
非饱和至饱和状态的变化对土质边坡的稳定性具有显著影响。
本文旨在分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，通过理论分析、实验研究和数值模拟等方法，深入探讨这一过程对边坡稳定性的影响机制，为工程实践提供理论支持。
二、非饱和土质边坡稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要受土的物理性质、水分分布、土体结构等因素影响。
在非饱和状态下，土的强度较高，边坡的稳定性相对较好。
分析这一状态的边坡稳定性时，需要关注土的抗剪强度、渗透性等基本特性。
同时，还要考虑水分蒸发、降雨等因素对土质边坡稳定性的影响。
三、饱和状态对土质边坡稳定性的影响随着水分进入土体，土质边坡逐渐进入饱和状态。
在饱和状态下，土的抗剪强度降低，渗透性增强，这对边坡的稳定性产生不利影响。
此外，水分在土体中的重新分布也可能导致土的工程性质发生变化，进一步影响边坡的稳定性。
因此，分析饱和状态对土质边坡稳定性的影响时，需要关注土的抗剪强度、渗透性、水分分布等因素的变化。
四、非饱和至饱和状态变化过程中的土质边坡稳定性分析在非饱和至饱和状态变化的过程中，土质边坡的稳定性受到多种因素的影响。
一方面，水分进入土体导致土的抗剪强度降低；另一方面，水分在土体中的重新分布可能改变土的工程性质。
此外，土体的结构变化、水分蒸发和降雨等因素也可能对边坡的稳定性产生影响。
因此，在这一过程中，需要综合考虑多种因素对边坡稳定性的影响。
五、实验研究与数值模拟为了深入分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，本文开展了实验研究和数值模拟。
实验研究主要通过室内模拟和现场试验等方法，研究不同条件下的土质边坡稳定性变化规律。
数值模拟则通过建立数学模型，模拟非饱和至饱和状态变化过程中土质边坡的稳定性和变形行为。
这些研究方法有助于深入理解非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响机制。
堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析的开题报告
堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析的开题报告一、选题背景与意义随着我国经济和社会的快速发展，对水利水电建设的需求也越来越大。
而水利工程中的堤坝工程是一个关键的领域，其稳定性问题一直是一个热点问题。
在堤坝设计和施工过程中，要考虑到多方面因素，其中之一是堤坝内的渗流问题。
如果渗流问题得不到解决，将会对整个工程的安全性产生极大的影响。
因此，对堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容与方法本课题将以一座某水库工程的堤坝为例，开展以下研究内容：（1）对该堤坝进行渗透试验，获取堤坝内的水文地质参数；（2）建立该堤坝的饱和-非饱和渗流场数值模型；（3）在ANSYS等软件中进行数值模拟，并进行模型验证；（4）对模型的稳定性进行分析。
具体方法包括：（1）对堤坝结构、土质组成、水文地质条件进行调研和实地勘察；（2）结合试验数据建立堤坝的饱和-非饱和数值模型；（3）利用有限元方法在ANSYS等软件中进行模拟计算，并比对实验数据以验证模型的准确性；（4）通过分析模型结果，预测堤坝在满足设计要求的前提下的稳定性。
三、研究意义本研究对于提高水利工程建设质量、优化设计方案、保障工程安全等方面有着积极的促进作用。
具体如下：（1）促进水利工程领域渗透试验方法的改进与完善；（2）提高堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟技术水平，并在实际工程中得到应用；（3）为堤坝设计和施工提供科学依据，减轻水利工程的风险；（4）为今后更深入地研究水利工程的渗流问题提供理论基础和经验参考。
四、研究进度安排本研究将于XX年XX月开始，具体进度安排如下：第一阶段（XX年XX月-XX年XX月）：调研和实地勘察，获取实验试验数据和工程参数。
第二阶段（XX年XX月-XX年XX月）：分析和处理数据，建立数值模型。
第三阶段（XX年XX月-XX年XX月）：进行数值模拟计算，并与实验数据进行比对。
第四阶段（XX年XX月-XX年XX月）：对模型结果进行分析和总结，撰写研究报告。
古树包滑坡坡面径流饱和—非饱和渗流的有限元分析
密、 岩石软硬等因素密切相关 ， 因此 ， 研究坡面径流 对 预 防滑坡 和水 土保持 具有 重要 意义 。 目前对滑坡在饱和渗流下滑动规律的研究多 ， 而对 饱 和一非 饱 和 渗 流下 滑坡 的 滑 动 规 律 研 究 较 少 。李 兆平 …应用 Ｆｅｌ ｄ提 出 的非饱 和土抗 剪 强 ｒ ｕ ｄｎ 度理论 ， 考虑了降雨人渗强度随着土壤入渗能力的 变化 而改 变的 特点 ， 边 坡 稳 定性 分 析 中是 一 种 新 在 的尝试 ； 陈力 等学者采用运动波理论 和二次改进 ｊ 后的 Ｇｅ —ｍ ｔ ｒ ｎＡ ｐ 入渗模 型建立 了坡 面降雨人渗 产 ｅ 流 的动力学 模 型 ；ａ ｅｕｈ ｎ在 １８ ＶｎＧ ｎｃｔ ｅ ９０年根 据 其 测出 的土． 水特 征 曲线 ， 出 了特 定 的 Ｖ Ｇ模 型 ｌ ； 给 ． ４ 章广成ｌ提出了土水特征曲线的多项式约束优化模 ５ Ｊ
水率对坡 面径流产 流规律 的影 响。结果 表 明 ： 降雨 强度越 大 ， 开始 产流经 历 的时间 越短 ， 面径流 的最大 水深 越 坡
大； 初始体积含水率越大 ， 产流开始时间 和达 到平衡 的时间也会 提前。
关键词 ： 坡面径流； 饱和一非饱和渗流； 有限元； 降雨入渗
中圈分类号 ： Ｖ２ ． Ｔ １１２ 文献标 识码 ： Ａ
据 资料统 计 表 明 ， 国有 新 老 滑坡 约 ３ 处 ， 我 ０万
Ｓ Ｓ的 Ａ Ｄ Ｙ Ｐ Ｌ语 言 编 制 了饱 和一 非 饱 和 渗 流 程 序 。 本 文从 能量 角度 和 初 始状 态 出发 ， 拟 降雨 强 度 动 模 态 变 化过程 中雨 强 和初始 体积 含水 率对 坡面 径流产
流规律的影响。限于篇幅， 本文对坡角 、 坡长和渗透 系数各 向异 性 等影 响坡 面径流 产 流规律 的 因素不作 研究 分 析 。
洪水位下土石坝渗流特性及稳定性分析
1.2 水文地质条件 坝址区地下水主要为基岩裂隙水，库水通过砾质粗
砂松散层下渗至强 - 中风化花岗岩的风化裂隙中，局部 渗入弱风化花岗岩中，基岩中的裂隙水通过裂隙渗流至 下游；孔隙水主要存在于砾质粗砂层，补给源为地表水 体入渗及大气降水，通过下渗至基岩裂隙排泄。强 - 中 风化花岗岩裂隙中水常年保持饱水状态，下部弱风化花 岗岩裂隙欠发育，岩石结构紧密，裂隙水呈非饱和状态， 且由于渗透系数较低，上部岩体中裂隙水难以下渗至弱 风化花岗岩中。
库水主要通过坝基砾质粗砂层向下游渗流，部分由 强 - 中风化花岗岩裂隙向下游渗流，坝体仅有少量渗流， 坝脚处设一排水棱体，排水棱体由碎石料组成。
2 SEEP/W 渗流计算模型 2.1 SEEP/W 模块流量计算理论
SEEP/W 模块中对渗流量的计算是通过设置流量截 面，以通过截面单元的流量之和计算总流量。
坝体因渗透系数不同将其分为两个渗透区，第一个
2019 年第 22 期
· · Research Findings | 研究成果 |
15
图 2 基质吸力 - 渗透系数曲线
图 4 校核洪水位渗流场
粗砂渗流至下游，坝脚排水棱体流线密集为主要渗出口， 坝基砾质粗砂层中水的渗流速度明显较大，速度矢量亦 较密集，心墙部位渗流速度明显较小，说明心墙具有很 好的防渗性能。
关键词：土石坝；渗流特征；非饱和；稳定性
中图分类号：P642.2
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2019）22-0014-03
土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、 蹍压等方法堆筑成的挡水坝。其造价低，结构简单，具 有一定的抗震性能，施工方法简便，因而土石坝目前仍 是世界范围内应用最为广泛的一种坝型，其广泛应用于 蓄水、灌溉等水利工程。然而土石坝是由土料、石料经 碾压、夯实而成，土石颗粒间存在孔隙，土石坝的渗流 破坏一直是阻碍其发展的最主要问题之一，因渗流破坏 引起的坝坡稳定性问题亦尤为值得关注。鉴于此，对土 石坝渗流问题合理分析，发现其潜在的渗漏及坝坡破坏 问题对土石坝的建设具有很重大的意义。
非饱和黄土边坡降雨数值模拟研究
2021.02科学技术创新非饱和黄土边坡降雨数值模拟研究张绍献（广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州510006）1概述目前国内外均有学者在不断进行降雨入渗方面的研究，而研究的重点主要放在对不同深度非饱和黄土的体积含水率的变化规律的研究上。
Liang-tong ZHAN 等对西安地区黄土的储水能力进行了现场试验研究，结果表明掺碎石黄土地表能提高土体41%的储水能力[1]。
L.Z.Wu &A.P.S.Selvadurai 通过有限元软件COMSOL Multiphysics 对降雨入渗下二维非饱和多孔介质进行了渗流-变形耦合分析，模拟出了水分入渗与土体变形随着时间的变化过程[2]。
Chang-Liang Zhang 等在我国甘肃省正宁县对该地区黄土进行降雨入渗研究，现场监测结果表明，地表2m 范围内的含水率容易被降雨影响[3]。
许方领等针对降雨入渗作用下非饱和土边坡的变形和稳定问题,运用ABAQUS 有限元软件，对边坡渗流场,应力场和位移场进行分析；结果表明:降雨入渗引起边坡饱和度,等效应力和位移增大，边坡表层响应早于坡体内部[4]。
2黄土非饱和入渗过程分析单元土体在水的入渗过程中会经历3中状态：（1）天然状态；（2）非饱和状态；（3）饱和入渗状态。
单元土体中水分的状态可以用饱和度S 来描述：（1）在一维降雨入渗深度公式中，通过Boltzmann 变换，可得到对应入渗深度的变换公式为：（2）取前2项作为近似，则有（3）对z 求导，可得（4）由达西定律，有（5）比较式（4）和（5）可得（6）式中：λ—与土体特性和降雨入渗边界条件相关的参数；a 2—与渗透系数k 相关的特性参数，a 1—与土体的扩散性有关的参数。
3边坡入渗数值模拟本文数值模拟采用有限元软件abaqus 对土体内部水分的移动的进行模拟。
模型的尺寸与网格划分如图1所示，降雨荷载施加在整个坡面上，边界孔压条件设置为随着高度线性增加的静水孔压边界，地下水位设置在边坡的底面即BC 处；边坡土体设置为均质同一黄土，该黄土的基本力学参数见表1。
水布垭面板堆石坝渗流场分析和分区材料允许比降设计指标研究
水布垭面板堆石坝渗流场分析和分区材料允许比降设计指标研
究
张家发;杨启贵;熊泽斌;王金龙
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2008(025)006
【摘要】采用饱和非饱和非稳定渗流模型对水布垭面板堆石坝在正常运行、面板局部缺损和面板失效等工况下的渗流场进行了较全面的模拟计算,分析了大坝各分区的水头和比降的分布,确定了垫层、过渡区和主堆石区可能出现的最大比降.这种最大比降对坝体渗透稳定性具有控制意义.据此提出了分区材料允许比降设计指标的建议值,为评价面板堆石坝分区之间水力过渡合理性和渗透稳定性提供了依据.【总页数】6页(P71-76)
【作者】张家发;杨启贵;熊泽斌;王金龙
【作者单位】长江科学院,水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉,430010;长江勘测规划设计研究院,武汉,430010;长江勘测规划设计研究院,武汉,430010;长江科学院,水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉,430010
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.43;TV223.4
【相关文献】
1.水布垭水利枢纽面板堆石坝接缝止水材料及型式试验研究 [J], 蔡胜华;黄良锐;唐丽芳
2.水布垭面板堆石坝坝体分区优化有限元分析 [J], 陈云;饶锡保;程展林
3.水布垭面板堆石坝筑坝材料工程特性研究 [J], 梁轶;李义昌
4.混凝土面板堆石坝不同材料分区的分析与比较 [J], 舒茂修;罗先启
5.中包水电站面板堆石坝应力应变分析及其材料分区的探讨 [J], 罗先启;刘德富因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
06(长科院——张家发)南水北调中线一期工程膨胀土渠坡渗流系统分类及其渗流控制-
第八届全国水利工程渗流学术研讨会南水北调中线一期工程膨胀土渠坡渗流系统分类及其渗流控制张家发长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室国家大坝安全工程技术研究中心2015-9提要1 背景2 膨胀土地层所处渗透结构和渗流系统分类3 渠道工程建设对于膨胀土渗流系统的改造作用4 膨胀土渠坡渗流系统分类5 膨胀土渗流系统的渗流控制任务6 渗流控制方案应用原则7 结语主要是概要介绍为国家十二五支撑课题“膨胀土渠坡防渗排水技术”所开展的研究工作，详细研究工作和成果见其他文章，以及本次会议上我院其他同志的报告。
1 背景膨胀土（岩）渠段南水北调中线工程一期工程总干渠全长1421km，累计长约386.8km在地表至渠底板以下5m以内范围内分布有膨胀土（岩）。
膨胀土渠坡挖方或者半挖半填的膨胀土渠段赵旻，蔡耀军，阳云华等. 南水北调中线一期工程渠线工程地质工作概述(J). 人民长江, 2007(9):1-41 背景总干渠全线原有地貌形态：平原、岗地、丘陵各占57%、26%、16%总干渠切割原有地貌形态：–干渠是新增水体–地下水与大气和地表水相互作用新途径目标：z研究膨胀土地区和膨胀土渠坡渗流系统的分类z讨论渠道工程对于渗流系统的改造作用z分析工程建设前后渗流场分布和动态特征的差异z讨论不同渗流系统膨胀土渠坡的渗流控制任务2 膨胀土地层所处渗透结构和渗流系统分类膨胀岩土分布渠段地质结构分类阳云华等. 膨胀土渠道地下水类型及特征研究专题报告(R). 长江勘测规划设计研究有限责任公司，河南省水利勘测设计研究有限公司，2014.膨胀岩土渗透结构与渗流系统工程建设前！3 渠道工程建设对于膨胀土渗流系统的改造作用施工期从开始开挖至渠道衬砌和防护层铺设完成之前的阶段。
•逐渐切割地层的过程•膨胀土被暴露和裂化的过程•地下水和土壤水分布与动态规律变化的过程：9变化频率加快9变化幅度增大9对边界条件变化响应的滞后性减弱完建期渠道开挖全部完成，且所有的渗流控制、防护工程已经完工，至渠道充水之前的过程。
高边坡岩土饱和非饱和渗流模型研究及其工程应用的开题报告
高边坡岩土饱和非饱和渗流模型研究及其工程应用的开题
报告
一、选题的背景和意义
随着城市化的快速发展，许多城市建设需要开挖一些巨型的人工高边坡，而高边坡的稳定性是工程中的一个重要问题。
岩土工程中，高边坡的稳定性与其岩土层的饱和非饱和渗流性质有关。
本选题旨在研究高边坡岩土的饱和非饱和渗流模型，从而提高高边坡的稳定性评估与监测能力。
二、研究的内容和方法
1. 研究内容
本研究的内容主要包括：
（1）高边坡方案设计与施工条件的分析与控制。
（2）高边坡的基本理论与理论模型的研究。
（3）高边坡饱和非饱和渗流模型的建立和分析。
（4）高边坡工程的模拟试验研究。
2. 研究方法
本研究采取实验室试验模拟和数值模拟相结合的方法，建立高边坡岩土饱和非饱和渗流模型，并通过实验验证模型的准确性和可靠性，为高边坡工程的设计和施工提供科学依据。
三、预期成果和意义
1. 预期成果
本研究预期的成果包括：
（1）建立高边坡岩土饱和非饱和渗流模型。
（2）通过实验验证模型的准确性和可靠性。
（3）提高高边坡岩土工程的设计和施工水平。
2. 意义
本研究对于提高高边坡岩土工程的设计和施工水平具有重要意义：（1）为高边坡工程的稳定性评估提供科学依据。
（2）推动高边坡岩土工程的技术发展，提高其工程质量。
（3）为城市化建设提供坚实可靠的基础，促进城市的可持续发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
◇ 科 研高边坡山体饱和非饱和渗流场的初步分析张家发 李思慎 叶自桐 摘 要 对一高边坡山体花岗岩全风化带土样和基岩裂隙测得了水份特征曲线,并进而得到了水力传导率的解析模型。
采用有限元方法模拟分析了类似多年平均降雨条件下高边坡山体中的稳定渗流状态,以及强降雨入渗条件下的非稳定入渗过程和渗流场变化趋势,并对设计的排水措施的效果进行了初步分析。
模拟结果说明,在一定条件下现已布置的排水措施作用可能有限。
针对这一情况,为下一步的观测和研究工作提出了相应的建议。
主题词 渗流观测 排水设施 有限元法 风化岩 试验研究 边坡体中的水压力和水流分布是影响边坡稳定和变形的因素之一。
因此边坡排水设计及其方案论证是边坡设计与科研的重要内容。
以往高边坡渗流场研究通常采用的是稳定流模型。
对降雨入渗补给的作用,仅考虑多年平均降水量对应的入渗条件,且入渗边界假设在地下水面上。
实际上在一些山地暴雨区,雨量丰沛且在时间分布上很集中,以阵发性暴雨为主。
强降雨过程中高边坡山体接受入渗补给以及边坡体中的地下水瞬态运动和水压分布将会更加恶化边坡的排水条件和边坡体的稳定状态。
另一方面,在多山地区,尤其是在工程开挖边坡造成的地形深切割条件下,旱季地下水位通常是很低的,形成了深厚的非饱和区。
在继之而来的雨季强降雨过程中,非饱和区的水份运动将对降水入渗补给过程以及地下水压力分布发生影响。
考虑这些影响后,在以往研究成果基础上设计的排水措施的效果如何?这是本文的研究重点。
本文在已往研究成果基础上,开展降雨入渗条件下高边坡岩体饱和非饱和渗流的研究。
由于这是参数高度非线性问题,且非饱和参数的测定不是常规地质勘探工作的内容,通常资料很少,此次工作只能是初步的。
文中首先进行了非饱和参数研究;然后在参数资料不足的情况下通过假设,用有限元数值模拟分析了类似多年平均降雨强度下边坡中的稳定渗流状态以及强降雨过程中的非稳定入渗补给过程及边坡中地下水运动和水压分布的变化趋势。
1 参数的研究本文所研究的高边坡岩体为花岗岩体,其渗透性与岩体风化程度和裂隙发育状况关系密切,总体上可分为与全强风化带、弱风化带和微新岩体相对应的三个渗透性分区。
每一渗透性分区的非饱和参数包括K (θ)和h (θ)这两组非线性函数,通常它们是分别通过实验测定的。
本文首次介绍了对该高边坡岩体的饱和非饱和渗流参数试验研究,包括分别对新鲜岩体的裂隙和全强风化带的松散介质进行的室内实验。
新鲜岩样中有一个完整的贯穿裂隙面。
通过饱和渗流试验并根据立方定理推算出裂隙的水力开度为179μm 。
假设通过岩样的基质孔隙的水流可以忽略不计,采用不互溶驱替法,用非湿润流体(变压器油)驱替裂隙中的湿润流体(水),通过流量和水压力的观测得到裂隙的毛管压力～饱和度关系(如图1所示)。
然后采用va n Ge nuch ten 模型[1]和Broo ks -Co rey 模型[2]对实验数据进行拟合,进而得到了裂隙水力传导率的解析模型(如图2所示)。
图1 裂隙负压水头与饱和度关系实验曲线图2 裂隙的K r 曲线将全强风化带土样按 1.88的容重装填,采用压力板出流·44·V o l .29 N o.1 人民长江 Y AN G T Z E RIV ER J a nuar y 1998DOI:10.16232/ k i .1001-4179.1998.01.016法测得了土样吸湿和排水过程的水份特征曲线(如图3所示)。
用v an Genuch ten 模型拟合,并求得了水力传导率的解析模型(如图4所示)。
图3 全强风化带土样的h (θ)实验曲线图4 全强风化带土样的K r 实验曲线本阶段模拟计算所采用的K (θ)和h (θ)参数是建立在假设的基础上的。
理论上这两组参数必须具有如下特征:①必须是连续函数,且K (θs )=K s 和h (θs )=0(θs 为饱和含水率,K s 为饱和渗透系数);②函数的定义域必须足够大,以满足整个计算域在整个模拟时段内水头或含水率变化的需要;③在定义域内h (θ)是一阶可微的, θ/ h 总是存在的;④对于整个计算域和域内的任何区域,K (θ)和h (θ)均能使水流控制方程成立,物质守恒定律得到满足。
只有在参数满足上述要求时,参数非线性迭代过程才可能收敛。
受资料不足和上述条件的严格限制,通过假设寻求既接近实际条件又满足计算要求的参数工作量很大。
本文在对参数进行假设时有下述前提:①鉴于以往的研究成果揭示该岩体同一渗透性分区的最大和最小主渗透张量的比值约为3.6,说明各向异性程度不大,本阶段暂作各向同性考虑;②如地质资料所表明的,全强风化带、弱风化带和微新岩体之间的渗透系数之比约为7268∶183∶1。
本文使用参数中的饱和渗透系数值是放大了的,非饱和参数的定义域也比一般测定的要大,这主要是为了利于模拟过程中迭代的收敛,以达到本阶段数值模拟研究的目标。
结合地质资料和以往科研成果,降雨入渗系数取0.165。
多年平均降水速率为 3.636×10-6cm /s,最大日降水量对应的降水速率为4.468×10-4cm /s 。
但由于已经将岩体的渗透性放大(约100倍),计算中相应地也将入渗速率放大了。
稳定流模型降雨入渗速率为6×10-7m /s,非稳定流模型采用的降雨入渗速率为7.37×10-5m /s 。
本阶段对饱和非饱和参数和降雨入渗条件做这样的假设,是为了做到首次实现对高边坡山体饱和非饱和渗流场的模拟,并初步分析设计排水条件下边坡中渗流场的分布。
2 计算方案本文采用文献[3]介绍的三维饱和非饱和非稳定渗流程序U S 3D 模拟了边坡开挖后和衬砌前降雨入渗补给条件下边坡有、无排水措施时的渗流场。
排水采用排水洞结合向上打排水孔的方案。
考虑到岩体饱和渗透系数的各向异性程度不大,且非饱和区的资料不够,本文将渗流场近似作各向同性处理。
无排水措施的方案为垂直二维模型,有排水措施的方案为以最高开挖边坡处的地质剖面和地形条件为标准剖面(如图5所示)的包括半个井间距的三维模型。
开挖面考虑为有地面水泥砂浆喷护的零通量边界。
图5 方案D 的地下水面变化过程瞬态模型以稳态模型的结果作为初始条件。
计算方案如表1所列。
其中B 、D 两个方案到一定时间后,山体缓坡带地表达到饱和,形成了有压入渗的条件。
方案E 是考虑地表的排水条件较好、径流较快、能保证在降雨条件下不至于形成地表积水和有压入渗的条件,一旦入渗点达到饱和状态就令其压力水头值为零,同时取消其定流量入渗边界点的性质。
其余条件与方案D 相同。
方案F 、G 对模型中风化带界面的形态作了改变,使本来向边坡方向倾斜的分界面改为略向山体方向倾斜。
表1 计算方案计算方案入渗速率(m /s )排水流态 计算条件A 6×10-7无稳态B 7.37×10-5无瞬态以A 为初始条件C 6×10-7有稳态D7.37×10-5有瞬态以C 为初始条件E同D有瞬态以C 为初始条件。
入渗边界节点饱和后取其压力水头为常数0.0。
取消其定流量入渗点的性质。
F 同C 有稳态边坡附近风化带界面由顺坡外倾改为反坡略向内倾。
G同D有瞬态以F 为初始条件。
入渗点处理方式同E 。
3 成果分析下面对模拟成果进行分析。
图5、图6是井间剖面上的数值模拟计算结果。
孔间的情况与孔中的差别不大,这里不作比·45·第29卷 第1期 人民长江 REN M IN CHAN G JI AN G 1998年1月较。
(1)方案A 和C 的稳态模型的结果显示,由于相对于边坡的排水作用来说,入渗量较小,地下水面较低。
无排水措施(方案A)时边坡上的出逸段高约为21.2m;有排水措施(方案C)时高为 5.6m 。
高边坡部位均处于非饱和状态。
(2)在入渗速率ω=7.37×10-5m /s 的无排水方案(B)中,边坡中的地下水位和水压力均迅速抬升,16h 后,地下水面已抬升至弱风化带上部。
(3)方案D (见图5)的结果表明,在目前设计上采用的排水措施条件下,入渗速率ω=7.37×10-5m /s 对应的降水过程初期,排水措施起到了较好的控制作用,直至t =6h 后,排水措施控制的边坡体仍处于非饱和状态,只是排水孔南边山体中的地下水位在不断抬升。
然而,t =7h 后,由于山体中弱风化带下部开始饱和,而弱风化带的透水性相对于微新岩体要强得多(两个量级),入渗的水量很快绕过排水孔向边坡坡面扩散,在高边坡坡面附近形成悬挂于非饱和区之上的弱风化带下部的饱和带(即上层滞水),并向下扩散。
当t =16h 后,上部3层排水洞及对应的排水孔已经没有起到截住入渗水流的作用,只是在一定程度上降低了水头和压力。
t =24h 时边坡附近全强风化带的下部已经饱和,形成了包括整个弱风化带和微新岩体上部的饱和区,显示上面几层排水洞和排水孔已基本不起作用,斜坡下部和直立坡上部仍然维持为非饱和状态,直立坡上的出逸段高程变化不是很大(约为11.6m ),说明了下两层排水洞和排水孔仍然起到了较好的排水作用。
(4)方案E (见图6)的结果表明,当所有条件与方案D 相同,只是考虑地表径流条件很好,使得降雨不可能在地表形成积水时,入渗进行到一定阶段,缓坡地带地表达到饱和后,因为不形成压力入渗条件,相对于方案D 而言,进入模拟域内的入渗量减小了,地下水面的抬升速度有所减缓。
t =7h 时,只是在边坡坡面附近弱风化带与微新岩体分界处刚刚开始形成上层滞水,而后上层滞水区逐步扩大。
应该指出的是,因为是山地,地表有一定坡度,而且可以做到在地表布置一些排水沟以加强地表径流,所以方案E 比方案D 更合理。
图6 方案E 的地下水面变化过程(5)从前面对方案D 结果的分析中可以得到这样的启示:当t 接近于7h,弱风化带底部接近于饱和状态时,由于弱风化带中顺弱风化带底面的水力传导率比下伏微新岩体的要大得多,在排水孔附近及靠边坡一侧该底面向边坡倾斜的条件下(方案A 、B 、C 、D 均如此),有利于山体中从地表接受的入渗水流绕过排水孔顺弱风化带底面向边坡方向运动,并继而形成上层滞水。
方案F 、G 是将在边坡附近的风化带界面改为略向山体方向倾斜。
该开挖工程的北边坡即与此相似。
方案F 、G 的其它条件和计算方法分别与方案C 和E 相同。
由方案G 与方案E 结果的对比可见,边坡附近风化带界面(实际上是渗透性分区界面)的形态对上层滞水的形成过程确有影响,界面向山体方向倾斜条件下,t =7h 时,没有形成上层滞水,t =8h 时地下水面已在排水孔以南山体部分范围内达到弱风化带底面,也就是说不象方案E 中t =7h 时已首先在边坡坡面附近开始形成上层滞水。