土質(zhì)邊坡降雨入滲數(shù)值模擬

前言

第1章 緒論

1.1 研究意義

1.2 相關(guān)研究概述

參考文獻(xiàn)

第2章 坡面徑流與非飽和滲流基本方程

2.1 坡面徑流基本理論

2.2 非飽和滲流理論

2.3 非飽和滲透特征

2.4 Richards方程的3種格式

參考文獻(xiàn)

第3章 坡面徑流與非飽和滲流有限元模擬

3.1 運(yùn)動(dòng)波方程的有限元模型

3.2 運(yùn)動(dòng)波方程的特征有限元模型

3.3 Richards方程的有限元模型

3.4 Richards方程有限元模擬

參考文獻(xiàn)

第4章 降雨入滲模型

4.1 概述

4.2 降雨入滲基本理論

4.3 常見降雨人滲模型

4.4 Green-Ampt模型簡介

4.5 Green-Ampt模型的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

第5章 坡體滲流與坡面徑流數(shù)值模型

5.1 概述

5.2 耦合求解模型

5.3 三維同步求解模型

5.4 降雨入滲過程多因素影響分析

5.5 地表排水溝排水?dāng)?shù)值模擬

參考文獻(xiàn)

第6章 考慮徑流影響的邊坡降雨入滲數(shù)值模擬

6.1 概述

6.2 考慮徑流影響的二維簡化模型

6.3 考慮徑流影響的三維簡化模型

6.4 考慮徑流影響的二維同步求解模型

6.5 考慮徑流影響的三維同步求解模型

參考文獻(xiàn)2100433B

本書系統(tǒng)地介紹了邊坡降雨入滲相關(guān)理論和分析方法。為模擬降雨條件下邊坡非飽和滲流和坡面徑流過程，本書基于土體非飽和滲流和坡面徑流理論以及有限單元法，構(gòu)建了坡體滲流和坡面徑流同步求解模型，實(shí)現(xiàn)了邊坡地表水、壤中水和地下水等三水轉(zhuǎn)換問題的數(shù)值模擬。利用所建方法，研究了雨強(qiáng)、土體滲透性、初始含水率、坡面糙率、坡角等因素對(duì)邊坡降雨入滲和徑流過程的影響規(guī)律；在同步求解模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)地表排水溝排水模擬，并對(duì)不同情形的排水效果進(jìn)行模擬；為考慮徑流對(duì)滲流的影響，對(duì)現(xiàn)有模擬方法進(jìn)行修正，從而能更加準(zhǔn)確的模擬降雨時(shí)滑坡滲流場(chǎng)演化過程。

本書可供從事水利水電、土木工程、環(huán)境工程等科研人員、高校師生及勘測(cè)設(shè)計(jì)人員參考。

影響降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)值大小的因素很多，主要有包氣帶巖性、地下水埋深、降水量大小和強(qiáng)度、土壤前期含水量、微地形地貌、植被及地表建筑設(shè)施等。此系數(shù)按計(jì)算時(shí)段分為次降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)口次、年降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)，和多年平均降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)。

主要有地下水水位動(dòng)態(tài)資料計(jì)算法、地中滲透儀測(cè)定法和試驗(yàn)區(qū)水均衡觀測(cè)資料分析法等。

降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)地下水水位動(dòng)態(tài)資料計(jì)算法

在側(cè)向徑流較微弱、地下水埋藏較淺的平原區(qū)，根據(jù)降水后地下水水位升幅與變幅帶相應(yīng)埋深段給水度值的乘積，再與降水量尸的比值來計(jì)算其值。該計(jì)算法是確定區(qū)域降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)值的最基本、常用的方法。為便于地區(qū)間綜合比較，評(píng)價(jià)時(shí)統(tǒng)一采用口拄，并且，在單站上取多年平均值，分區(qū)上取各站多年平均降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)值的算術(shù)平均值(站點(diǎn)在分區(qū)上均勻分布時(shí))或面積加權(quán)(泰森法)平均值(站點(diǎn)在分區(qū)上不均勻分布時(shí))。做出不同巖性的降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、地下水埋深與降水量之間的關(guān)系曲線，并根據(jù)該關(guān)系曲線推求不同降水量和地下水埋深條件下的降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)值。

降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)地中滲透儀測(cè)定法

采用水均衡試驗(yàn)場(chǎng)地中滲透儀測(cè)定不同地下水埋深、巖性、降水量的n值，直觀、快捷。但是，地中滲透儀測(cè)定的d值是特定的地下水埋深、巖性、降水量和植被條件下的口值，地中滲透儀中地下水水位固定不變，與野外地下水水位隨降水入滲而上升的實(shí)際情況不同。因此，當(dāng)將地中滲透儀測(cè)算的a值移用到降水入滲補(bǔ)給量均衡計(jì)算區(qū)時(shí)，要結(jié)合均衡計(jì)算區(qū)實(shí)際的地下水埋深、巖性、降水量和植被條件，進(jìn)行必要的修正。當(dāng)?shù)叵滤裆畈淮笥?m時(shí)，地中滲透儀測(cè)得的a值偏大較多，不宜使用。

降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)其他方法

在淺層地下水開采強(qiáng)度大、地下水埋藏較深且已形成地下水水位持續(xù)下降漏斗的平原區(qū)(又稱超采區(qū))，可采用水量平衡法及多元回歸分析法推求降水入滲補(bǔ)給系數(shù)值。

青藏高原多年凍土在秋末時(shí)的季節(jié)融化深度最大，同時(shí)在降雨的誘發(fā)作用下，凍土邊坡常在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)失穩(wěn)。暖季降雨入滲致使多年凍土凍融交界面的含水量增加、基質(zhì)吸力降低、抗剪能力降低、融化深度加大，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。項(xiàng)目從研究降雨入滲機(jī)理出發(fā)，自行研制設(shè)備，模擬在不同坡面條件（坡度、初始含水量、干密度、融化深度）、不同氣象特征（雨強(qiáng)、降雨歷時(shí)、雨水溫度）下，凍土邊坡的滲流規(guī)律，為凍土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。改進(jìn)常規(guī)的直剪儀，測(cè)試凍融交界面上的抗剪強(qiáng)度；在直剪過程中壓入水分模擬降雨入滲，測(cè)試凍融交界面上水分增加時(shí)，強(qiáng)度折減規(guī)律；根據(jù)多年凍土的熱-流-固三場(chǎng)的物理意義，編制用戶材料程序，采用強(qiáng)度折減法，模擬降雨入滲時(shí)凍土邊坡失穩(wěn)過程。