模拟非饱和流的新型相对渗透系数模型

相对渗透系数是非饱和土渗流特性研究普遍关注的重要内容。依据非饱和土体渗流滞后效应机理,考虑土体孔隙不均匀性引起滞后效应问题,采用分形理论和白汉金-达西定律,构建了能够反映非饱和流滞后效应的土-水特征曲线模型,并在此基础上导出了一个新型的非饱和流相对渗透系数模型。所提出的模型形式简单,仅包含1个参数。结合5组代表性的相对渗透系数试验数据,验证了所提出的模型的合理性,并与Assouline模型比较,结果表明所提出的模型拟合结果整体上要优于Assouline模型。     

基于孔隙水分布的非饱和土SWCC及相对渗透系数预测模型

相对渗透系数与土水特征曲线(SWCC)是研究非饱和流的重要参数,利用毛细管系统研究渗流已经成为研究相对渗透系数的重要方法之一。在用毛细管系统代替土孔隙的假设上,基于杨-拉普拉斯方程和分形理论,对传统的毛细管系统含水量模型作出改进,考虑非饱和孔隙的含水量,提出一个预测非饱和土相对渗透系数的模型。利用4组试验数据对提出的相对渗透系数预测模型进行验证,用均方根偏差(RMSD)评测试验数据与预测数据之间的误差,结果表明4组数据的RMSD均＜0.025,说明该模型具有预测非饱和土相对渗透系数的实际意义。     

基于微观孔隙通道的饱和/非饱和土渗透系数模型及其应用

从微观角度揭示土体变形对饱和/非饱和渗透系数的影响机理,建立相应的预测方法,对于饱和/非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的科学意义。利用流体力学理论,建立了微观孔隙通道渗透系数与等效孔径的关系,在此基础之上,结合毛细理论建立了饱和/非饱和渗透系数与土-水特征曲线的关系模型,并利用已有试验数据验证了模型的合理性。结合该模型与变形条件下土-水特征曲线预测方法,对变形条件下武汉黏性土饱和/非饱和渗透系数进行预测,结果表明黏性土在压缩变形条件下:饱和渗透系数呈数量级的减小,预测值与实测值均吻合较好;双对数坐标下,非饱和相对渗透系数在进气值之后随基质吸力增加而减小,不同初始孔隙比条件下其斜率近似不变,整体呈现"毛刷型"分布,相同基质吸力条件下,初始孔隙比越小,相对渗透系数越大;非饱和渗透系数,进气值之前近似为饱和渗透系数,进气值之后随基质吸力增大而减小,不同初始孔隙比的变化线近似重合。     

某路基土非饱和固结试验及研究

路基土在非饱和条件下的强度特性研究对路基设计与施工具有较大的指导意义。为研究某路基土在不同干湿状态下的非饱和变形及强度特性,该文通过非饱和吸力控制及固结压缩试验研究了某路基土重塑样的非饱和性能。试验结果表明该路基土饱和膨胀变形很小;通过气相法对土样进行吸力控制得到不同吸力控制条件下土样的体变特征,土样随着吸力的增大孔隙比减小;基于非饱和压缩固结试验的到了不同吸力状态下土样的屈服应力,随着吸力从0增大到110 MPa 土的屈服应力从200 kPa增大到1．05 MPa;通过经典模型对实验结果进行了验证,结果表明本文非饱和路基土的压缩固结试验结果能通过Alonso等在1990年提出的非饱和土BBM模型来描述。     

非饱和土的渗透系数

非饱和土的渗透系数是分析水分和物质迁移的重要参数,直接测量非饱和土渗透系数的代价较高,且直接测量的精度较差,因此间接估算非饱和土渗透系数成为很好的选择。分形理论适合用来描述多孔介质的结构和透水性。本文建立了土体孔隙分布的分形模型,导出用分维和进气值表示的水分特征曲线和渗透系数的理论表达式。与实验结果的比较表明,用分形模型计算得到的水分特征曲线和渗透系数与试验结果一致。     

非饱和土体渗流参数研究

土石坝渗流分析的重要任务之一为防止发生渗透破坏。以往的研究由于对非饱和土体渗流参数的理论研究不足,主要集中在对坝体饱和渗流的分析,不能真实反映土石坝渗流动态情况。采用土壤特性计算软件初步确定非饱和渗流参数。结合前人研究可靠的Fredlund数学模型和VG数学模型,运用1stOpt数据分析处理软件分别对土-水特征曲线及非饱和渗透系数曲线进行数据拟合及修正,结果表明:拟合相关系数满足精度要求,运用相应拟合结果进行非饱和土体渗流计算是合理可行的,其拟合结果可用于非饱和土的渗流计算。更多还原     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

非饱和土渗透系数曲线的分段简化模型

根据影响非饱和土渗透系数变化的主要因素,选取合理特征点将土-水特征曲线划分成4个阶段。在此基础上,对大量数据进行统计分析,建立了一种分段简化模型,用于描述级配不良的非黏性土的非饱和渗透系数曲线,只需知道该模型中特征点的相关参数即可得到完整渗透系数曲线,并通过现有数据进行了验证分析。验证结果表明:在低基质吸力(0＜ψ≤ψ_a)时,lnK-ψ曲线呈线性变化;而当θ_b＜θ≤θ_a时,lnK-lnθ曲线也有类似变化规律。     

土体非饱和渗透特性对降雨入渗的影响

降雨入渗影响下的土体非饱和渗透特性是一个非恒定非饱和的变化过程,探究土体非饱和渗透特性对降雨入渗的研究具有重要意义。基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同非饱和渗透特性条件下的降雨入渗过程,探究了不同渗流特性与稳定入渗强度的关联性。结果表明:当饱和度较低时,通过改变参数所反映的基质吸力对土体的稳定入渗强度影响显著;当饱和度接近１时,土体的入渗强度影响几乎不受基质吸力的影响。土体稳定入渗强度极值点的位置主要由本征渗透性的决定,而极值点的位置则受土水特征关系、水相对渗透关系、土体本征渗透系数的共同影响。     

一种基于VG模型的变形土进气吸力值预测方法

土体进气吸力值是土-水特征曲线的重要参数,研究非饱和变形土体的水力及力学性质时,需要对其进行预测。结合Van Genuchten(VG)模型与压缩变形条件下土-水特征曲线变化规律,建立了变形土进气吸力值简便预测模型。为验证该模型的合理性,以湖南黏性土为例,采用压力板仪测量其土-水特征曲线试验数据,将不同初始孔隙比黏性土进气吸力值实测值与预测值进行对比。研究结果表明本文方法预测值与实测值吻合较好。此外,采用VG模型对已有非饱和相对渗透系数模型进行简化统一,并进行验证,证明了该方法的简便有效性。研究成果提供了一种理论预测变形土进气吸力值的新方案,为后续的相关研究提供了一种新方法。     

考虑非饱和区影响的土石坝渗流有限元计算

传统的有限元饱和渗流计算往往把渗透系数取作定值,而实际上非饱和土渗透系数呈非线性函数关系,与体积含水率、孔隙水压力密切相关.基于饱和-非饱和土渗流计算模型与原理,本文考虑渗流场非饱和区对堤坝渗流的影响,对某土石坝进行了渗流有限元计算与分析.算例结果表明,应用该思想与方法计算土石坝渗流,可以获得较为准确合理的渗流场计算结果.     

湿度和密度双变化条件下的非饱和黄土渗透函数

准确确定非饱和土的渗透系数非常重要,而湿度和密度均会对非饱和土的渗透系数产生较为复杂的影响,因此对于对水敏感的非饱和黄土,如何将湿度和密度的影响综合引入渗透函数中,就值得深入研究。基于此认识,利用非饱和土水气运动联合测试方法,对1.4~1.67g/cm3之间几种干密度的非饱和黄土试样进行不同增湿级数的浸水渗透试验,结果表明试样在一定干密度范围内,增湿级数对其渗水系数测定值的影响较小,最大测定值与最小测定值的差值在2倍左右。在此基础上,将不同干密度下渗透系数比与饱和度的关系曲线进行分析,提出了考虑湿度和密度的渗透函数,并通过试验验证了该函数在一定条件下的合理性。     

基于湿润锋前进法的不同应力状态砂质黄土土柱渗流试验

由于试验装置的局限性,非饱和土渗透特性的研究大多未考虑应力对渗透系数的影响。为探讨水-力耦合作用下砂质黄土的渗透特性,自主研制了一套水-力耦合试验装置。采用湿润锋前进法探究了不同初始干密度和轴向力对非饱和渗透系数的影响,得到水-力耦合作用下非饱和黄土渗透性和轴向位移的演化规律。结果表明:(1)砂质黄土的渗透系数随基质吸力的增大而减小,在不同测试截面处渗透函数曲线出现分层现象;(2)土体的渗透系数随初始干密度和轴向力增大而减小;(3)随轴向力增大,不同初始干密度土柱的稳定渗透系数趋向一致;(4)砂质黄土具有较大的水敏性,在水-力耦合作用下土体结构破坏,导致湿化前后轴向位移差异较大。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

裂隙网络非达西渗流REV及非达西系数张量研究

裂隙网络渗流理论最初建立在裂隙渗流服从立方定律的基础上,而裂隙中非达西渗流更为广泛存在,因此,裂隙网络非达西渗流特性研究更具工程应用前景。本文首先对基于单裂隙立方定律的线素法模型进行改进,用以实现裂隙网络非达西渗流的计算,进而将其应用于实测裂隙数据生成的裂隙网络非达西渗流特性的研究。研究结果表明:根据改进线素法模型和Forchheimer定律计算得到的等效渗透系数张量与线素法模型和达西定律计算得到的具有一致性。对于同一裂隙网络而言,等效非达西系数张量确定的渗流REV要比等效渗透系数张量确定的大,且等效渗透系数张量与等效非达西系数张量的主轴方向一致,但两者之间的长轴互相垂直。     

基于孔隙尺寸的粗粒土渗透系数计算方法研究

基于颗粒极限堆积状态下的平面孔隙直径和土体粒径组成,采用颗粒随机抽样组合获得了土体各孔隙直径百分含量,并进一步得到了土体最密实和最疏松状态下孔隙直径累计分布曲线CSD-D、CSD-L。通过土体实际相对密度的线性内插方式获得了土中孔隙直径累计分布曲线CSD-R,并得到相应平均孔隙直径Dmc,根据粗粒土渗透试验结果建立了渗透系数K与Dmc关系的经验公式。研究表明:CSD-R曲线同时考虑了颗粒级配和密实度对土中孔隙尺寸分布的影响,所确定的经验公式近似满足多孔介质渗流理论中渗透系数与渗流孔隙呈二次正相关性的规律。对比相关试验结果认为,该方法具有较高准确性,适用于不均匀系数Cu7且有效粒径d109.6 mm的粗粒土渗透系数估算。     

临江Ⅱ号崩滑体土水特征曲线试验研究

三峡水库蓄水后导致许多滑坡失稳,使人们认识到研究非饱和土性质的重要性。为研究巴东黄土坡滑坡土的非饱和性质,选取临江Ⅱ号崩滑堆积体的滑带土及滑体土作为试验对象,按其天然状态配置成重塑样,分别进行了土水特征试验及变水头渗透试验,得到了滑体土和滑带土在不同基质吸力条件下所对应的体积含水率和渗透系数;并对其土水特征试验曲线进行拟合, Fredlund-Xing方程拟合效果优于Gardner方程和指数衰减方程。同时发现土水特征试验在施加第一级基质吸力时很重要,这将影响试验曲线的形状。研究成果将对水库蓄水作用下的库岸滑坡稳定性评价有指导意义。