降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流分析

分析了降雨入渗的过程,提出了降雨概念模型:讨论了如何用饱和-非饱和渗流数值方法分析边坡在不同雨型下的渗流场;分析结果表明:雨水入渗过程受初始渗流场影响很大,初始含水量的大小影响湿润锋的推进。暴雨情形下,雨水入渗缓慢,浅部土体保持一定吸力,雨停后渗流场仍有较大变化。     

降雨入渗条件下边坡岩体饱和非饱和渗流计算

简要分析了连续介质饱和非饱和渗流数学模型,并讨论了渗流有限元计算中的有关问题,同时研究了降雨入渗机理及模拟方法,在此基础上编写了非饱和渗流程序SUSC。运用该程序模拟了某边坡降雨过程渗流场的变化情况。计算结果表明,在降雨入渗作用下边坡顶部迅速被饱和,随后表面雨水逐渐向边坡深部下渗,形成从坡顶往深部压力水头等值线由高(零)→低→高的封闭现象。随着降雨的继续,边坡顶部负压区进一步缩小,且负压绝对值减小。降雨结束后,由于上部地下水的继续下渗,在边坡的一定范围、一定时间内压力水头继续升高。根据计算结果可知,局部地方的压力水头最高值出现在降雨结束2 d左右,往后整个边坡非饱和区地下水压力水头全面下降,逐渐恢复原状。模拟结果总体可靠,可作为边坡稳定性分析评价及边坡排水加固的参考依据。同时表明,运用上述饱和非饱和渗流模型及降雨模拟方法,计算降雨条件下边坡岩体的渗流场是可行的。     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流分析

当使用基于有限差分法的FLAC3D计算渗流场时,自由面位置过高,非饱和区渗透系数被定义成常数,这与实际情况不符。运用变单元渗透系数法,对其进行二次开发,并提出了修正的变单元渗透系数法,对非饱和区的渗透系数进行较为严格的理论修正,得出准确的连续光滑的自由面,求解出饱和-非饱和渗流场。利用有限元法与该方法进行对比,论证了该方法的可行性和有效性。提出了附着接触面的方法,解决了三维复杂边界中寻找溢出点的困难;并以实际的三维复杂工程为例,计算了某边坡的渗流场分布情况,经验证,结果准确。研究成果对研究饱和-非饱和渗流以及该软件中与渗流有关的计算具有有指导意义。     

基于饱和-非饱和渗流理论的基坑防渗措施分析

应用饱和-非饱和渗流理论,对某临河基坑进行了渗流计算,评价了基坑的渗透稳定性,并确定了基坑的最佳防渗措施及相应的参数。计算结果表明：无防渗措施时,基坑坡面土体在渗透压力作用下是不稳定的,必须采取防渗措施。从便于施工的角度考虑,采用钢板桩防渗,其位置定在距基坑右边坡6.0 m处。钢板桩长度对渗流场影响显著,钢板桩应穿过粉砂层,这样才能起到较好的防渗效果,有利于基坑边坡的稳定;同时也不宜太长,太长不仅浪费材料,效果也不会更好,最佳长度应为15.4 m。     

考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析

给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数,有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法,该算法适用于非饱和土坡,且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况,并且对于同一坝坡,考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。     

非饱和土渗流与变形耦合问题的有限元分析

基于多孔介质力学原理,建立能模拟非饱和土两相流动与变形耦合问题的理论模型。利用Galerkin法对控制方程进行离散,得到控制方程的有限元计算格式。在此基础上,自主开发了有限元计算程序U-DYSAC2,并对Liakopoulos两相流动试验这一经典算例以及重非亲水相流体（DNAPL）在饱和多孔介质中迁移的离心模型试验进行了数值模拟。计算结果表明,理论预测与试验结果基本吻合,验证了所提出的分析方法在模拟非饱和土渗流以及变形问题时的有效性,从而为定量研究饱和-非饱和渗流以及变形问题提供了一条有效途径。     

考虑饱和-非饱和渗流作用的土质边坡稳定性分析

饱和-非饱和土的研究一直是岩土工程界的一个热点问题。土体中孔隙水压力的存在使得对岩土体的力学性状的分析变得更加复杂化。基于土体渗透系数与基质吸力之间的相互联系,对理想的各向同性土的水库堤坝进行了非稳定渗流场的数值模拟,得出不同水位、同一水位因不同骤升速率而产生的渗流场的变化规律,并对土体固-液耦合研究进行了初步探讨。把堤坝渗流场的动态变化在时间和空间上进行离散,分别引入到坝坡稳定性的分析中,以极限平衡原理和Morgenstern-Price条分法为基础对坝坡产生滑移的最小安全系数变化规律进行了分析,从而得出渗流-滑坡的内在联系。     

GeoStudio软件在土坡饱和—非饱和渗流分析中的应用

在对饱和-非饱和渗流数学模型简要分析的基础上,对影响渗流有限元计算分析结果的一些参数选取方法进行讨论,如非饱和土的水土特征曲线、渗透系数及毛细水头等。利用GeoStud io软件对降雨条件下的土质边坡内部渗流场进行模拟,分析地下水位线、坡体饱和度、压力水头随降雨时间的变化规律。模拟结果与实际情况比较吻合,可为土质边坡稳定性的分析提供参考依据。     

近饱和条件下非饱和多孔介质渗流过程的数值分析

在非饱和多孔介质渗流分析中,近饱和条件下物理模型与数值模型之间的差异会导致数值不稳定问题。为解决这一问题,并保证模拟结果的可靠性,提出了3种方法,并在有限元分析程序U-DYSAC2中分别进行了程序代码的实施。通过数值试验与试验数据的比较,证实了在近饱和条件下土-水特征曲线和水力传导函数的高非线性可引起数值收敛性、稳定性和精度问题,而且在不同条件下含水率和基质吸力的预测结果差异明显。在3种方法中,修正的Van Genuchten模型（MVGM）方法对含水率的预测较为准确,而Line方法对基质吸力的预测较为合理。因此,解决在分析近饱和条件下非饱和多孔介质渗流问题时,为获得接近真实的模拟结果,采用合适的数值方法进行预测是非常关键的。     

裂隙性膨胀土饱和-非饱和渗流分析

降雨入渗条件下的裂隙性膨胀土边坡稳定性与其渗流场分布密切相关,对渗流分析中的积水深度进行了数值模拟,结果显示,不同的积水深度对渗流场的影响很小,因此,在进行裂隙性膨胀土渗流分析时,积水深度为0的假定是可以接受的。基于膨胀土开裂裂隙的规模及渗透性的不同,提出了考虑裂隙系统的膨胀土边坡渗流分析方法,计算结果表明,土体开裂显著改变了膨胀土内部的渗流场分布。该方法可以更好地模拟坡渗流场随时间的变化规律,以及更合理地解释了降雨入渗引起的膨胀土边坡浅层滑动机制。     

渗流应力耦合作用下顺倾向层状边坡各向异性渗流特征数值模拟

渗流场与应力场耦合作用下边坡渗流规律对研究边坡稳定性至关重要,应用基于等效连续介质模型和Louis经验公式建立的各向异性岩体渗流应力耦合模型,对顺倾向层状边坡的各向异性渗流规律进行了模拟分析。研究表明：顺倾向层状边坡中水位降深随结构面倾角θ的增大先升高、后降低,呈现两头低、中间高的形态,且越靠近溢出点,结构面倾角对水位降深影响越大;θ约为42°时水位降深最大,潜水面最低,同时渗透各向异性系数达到最大值;顺倾向边坡岩层产状一定时,随着埋深的增加,岩体渗透各向异性系数逐渐减小,裂隙控渗特征由显著到逐渐变弱,表现出向各向同性渗流过渡的趋势。     

岩体粗糙单裂隙渗流及溶质运移研究

与多孔介质相比,裂隙介质中的渗流、溶质运移要复杂得多,许多学者在这方面进行了深入的研究,他们在模型的建立、求解、验证等方面都取得很大突破,但仍有许多难点没有解决。着眼于粗糙单裂隙开度变化的实质特性,将原有裂隙介质渗流、溶质运移方程进行修改,建立粗糙单裂隙渗流、溶质运移数学模型,并进行数值模拟。     

裂隙岩质边坡地下水渗流数值模拟

本文从反倾向岩质高边坡的渗流特征和渗流普遍规律出发,根据渗流力学知识,建立数学模型,通过渗流数值模拟计算分析了渗透压力、水头变化规律以及对岩质边坡稳定性的影响.     

基于三维渗流模拟的坝基渗漏和渗透稳定分析——以哇沿水库为例

水库坝基渗漏不但损失水库蓄水量,更重要的会引起大坝渗透变形失去稳定。应用三维地下水流数值模拟计算坝基渗漏量和分析渗透稳定,较好地解决了周边与底面边界的不规则问题和垂向上地层的非均质问题,提高了计算精度。以青海省哇沿水库为例,在充分分析水库坝基水文地质条件的基础上,建立了坝基渗漏三维地下水流数值模型,模拟了设置不同深度防渗墙时的渗漏量和坝后出溢段水力坡度。评价了大坝的渗透稳定性,为防止哇沿水库发生渗透变形,设置防渗墙深度应大于50m。当防渗墙深度为50m时,水库渗漏量为12 012m~3/d。     

绥化市红兴水库渗漏分析及渗控方案模拟预测

为解决水库建成后渗漏较为严重的问题,依据黑龙江省绥化市红兴水库初期蓄水失败后补充的地质勘探资料,分析水库渗漏的主要原因是库区内的粘土层分布不连续。采用三维数值模拟计算,建立红兴水库区地下水流概念模型及其数学模型,运用FEFLOW 软件的剖分功能对研究区进行了刻画;在此基础上,对无防渗方案和拟修4种防渗墙方案的防渗效果进行了模拟预测和对比。结果表明：有坝段防渗对渗漏总量的控制具有十分明显的作用,可以使水库渗漏总量减少约70％;渗漏量及渗透比降基本随防渗长度的增大呈线性趋势减小;南岸东侧防渗1 000 m、西侧防渗1 700 m时,为防渗效果最好的方案。     

MODFLOW在渗渠取水工程中的应用研究

安塞油田近几年产量不断攀升,给干旱少雨、地下水资源十分贫乏的安塞地区供水带来了很大困难。为满足采油厂的需水要求,需要对谭家营水源地的取水能力进行评估。水源地的取水工程拟采用渗渠取水方式。根据延河河谷区概况建立延河水资源数学模拟模型,使用MODFLOW计算模拟渗渠在不同设计方案下的取水量。通过对渗渠取水地区地下水补给量、河流径流量的分析,并和渗渠开采量进行比较,确定渗渠取水量1774m3／d是有保证的。     

煤层气渗流理论及其研究进展

综述了煤层气渗流研究的现状及取得的研究进展,包括线性渗透、线性扩散、扩散—渗透以及非线性渗流等基本理论,基于各种地球物理场效应影响的渗流理论及其修正模型,以及多煤层瓦斯越流相关的研究;并介绍了新兴的数值计算方法(格子Boltzmann方法与分子动力学方法)在煤层瓦斯渗流模拟中的应用;展望了其发展趋势及尚需深入研究的问题。     

基于流固耦合作用的某尾矿坝渗流稳定性分析

尾矿坝是矿山重要设施之一,其内部含有大量的水和尾矿,一旦失稳造成的损失不可估量。尾矿坝失稳有众多因素影响,但是坝内浸润线是最活跃的影响因素。本文基于流固耦合理论,建立某尾矿坝有限元计算模型,考虑坝内排水井的存在。模拟坝内不同工况下浸润线分布,对其静力稳定性及流固耦合作用下尾矿坝应力应变场进行分析,并将浸润线模拟位置与实际监测结果进行对比。揭示库内不同工况下浸润线变化规律以及与坝体稳定性之间的关系,并分析评价不同工况下尾矿坝的稳定性。最后,将渗流场与应力场进行流固耦合,模拟出365 d坝内应力位移分布,为尾矿坝施工及安全运行提供可靠的依据及技术支持。     

考虑气相影响的降雨入渗过程分析研究

降雨入渗过程是水在下渗的过程中驱替空气的水-气二相流过程,对这一过程的精确模拟一直是渗流计算的难点,目前的处理方法通常是忽略孔隙气压力变化的影响。根据多相流理论,结合质量守恒定律和达西定律,建立了水-气二相流模型,模型的求解采用积分有限差分法和Newton-Raphson迭代方法,通过变换主要变量来表达相态的变化,实现了水相、气相边界条件及降雨入渗边界的精确模拟。利用上述模型对一土柱试验进行模拟,从而验证了模型的正确性,研究了一均质土层的降雨入渗过程,得到了孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力及含水率的变化过程。根据入渗率与地表孔隙气压力的变化关系,验证了孔隙气压力的增大对入渗水流产生阻滞作用。在求解非稳定渗流问题中,考虑空气压力变化的影响是值得研究的。     

饱气带区的渗流特性及地表模型

饱气带区的厚度和渗流特性随季节逐年发生变化,并伴随着吸力和含水量的变化,而这种变化紧密相关于地表影响因素和土体结构,如:阳光照射,降雨、温度、风速和风向等。笔者建立了一个表征地表和大气相互作用的力学模型,介绍了三种可能出现的地表和大气相互作用的情况,并对一些自然现象进行了分析和说明。在饱气带区的非饱和渗流特性的数值模拟过程中,提出了水的潜热系数和温度呈线性的关系,以及地表土体贮存能量和敏感热流成正比的假设,数值模拟结果和现场实测是较吻合的。同时,对饱气带区的变化规律进行了力学机理分析和解释。