古树包滑坡坡面径流饱和—非饱和渗流的有限元分析

坡面径流产流规律的研究对预防滑坡和边坡排水具有重要的理论意义和一定的实用价值。本文基于有限元理论,采用Galerkin法建立了坡面径流饱和—非饱和渗流方程,对滑坡坡面径流饱和—非饱和渗流进行了耦合分析。以清江古树包滑坡治理工程为例,首先建立了数学模型,模拟了降雨入渗过程,研究了降雨强度、初始体积含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,坡面径流的最大水深越大;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。

泄洪雾雨区裂隙岩质边坡饱和-非饱和渗流场与应力场耦合分析

岩质滑坡除与地质条件、降雨等因素有关外,泄洪雾雨也成为其不可忽视的催化剂。通过裂隙岩体渗透性与应力关系,裂隙岩体的弹塑性本构关系以及渗流场的控制方程,建立起饱和非饱和渗流场与应力场耦合的等效连续介质模型。编制了有泄洪雾雨影响的饱和-非饱和渗流与应力耦合三维有限元程序,通过迭代求解达到两场耦合目的。以实际工程为例,根据边坡的地表信息、开挖信息、岩层分界信息以及排水洞和帷幕信息等,建立起边坡地质模型。通过耦合计算,详细分析了耦合后边坡岩体的变形、应力以及塑性区等。计算结果表明,雾雨区的边坡稳定与渗流场变化有着重要关系,在评价边坡稳定与否时,要考虑渗流场对其影响。计算成果为实际工程的安全评价提供了一定的科学依据。

土质边坡非饱和渗流场与应力场耦合数值分析

阐述了坡面径流-非饱和渗流分析与应力场耦合分析的重要意义和作用;介绍了在非饱和渗流分析中具有重要作用的土-水特征曲线,包括考虑固结压力条件下的土-水特征曲线,并介绍了部分试验成果以及坡面径流-非饱和渗流耦合分析的计算方法;提出坡面径流-非饱和渗流分析与应力场的耦合计算方法,并编制相应的有限元程序;通过算例对比了耦合与非耦合情况下应力场、渗流场的差异,说明耦合分析更符合实际,且所提出的方法是切实可行的。

基于饱和-非饱和渗流理论的大型排土场边坡稳定性分析

为探究不同降雨入渗条件下孔隙水压力和饱和度对排土场边坡稳定性的影响,以某大型排土场为研究背景,基于饱和-非饱和渗流理论,采用GeoStudio有限元软件中的SEEP/W模块建立4种不同降雨量下的渗流模型,计算降雨2 d后的边坡孔隙水压力和饱和度,将结果导入SLOPE/W模块中与极限平衡法叠加,再计算分析降雨入渗对排土场边坡稳定性的影响,结果表明:相同降雨时长下,孔隙水压力随降雨量的增大而增大,饱和区逐渐扩大,边坡安全系数显著减小;同一降雨量下,随着降雨时长的增加,孔隙水压力和饱和度均增大,边坡安全系数不断减小;降雨量为150 mm/d(当地日最大降雨量)时,边坡安全系数衰减时长显著缩短,下降速率增大,最终降至0.86,此时边坡已处于失稳状态,需要采取加固措施。

基于饱和-非饱和理论的某土石坝渗流及坝坡稳定分析

土石坝的渗流场实际上是由饱和与非饱和渗流组成的统一体,而在实际工程中一般只考虑饱和渗流,这就使得计算结果与实际有所偏差。基于Geo-studio软件的seep/w和slop/w模块,以某土石坝为研究对象,对仅考虑饱和渗流与考虑饱和-非饱和渗流对坝体渗流及坝坡稳定的影响进行比较分析。研究结果表明:考虑饱和-非饱和渗流情况下的浸润线位置相较单纯考虑饱和渗流情况下的高,坝体渗流量有所增加,最大渗透比降相对较小,渗透稳定性较好;但与此同时,在渗流计算基础上用极限平衡法求得的结果显示前者稳定系数较小,基于规范规定的饱和渗流计算获得的坝体稳定系数偏于不安全。

饱和-非饱和渗流条件下土堤边坡渗流稳定分析

为表征土堤总体区域的渗流稳定状况,建立了土堤的饱和-非饱和渗流微分方程,依托印江县洋溪河防洪土堤工程,采用自编计算程序进行了饱和-非饱和渗流条件下该土堤边坡的渗流稳定性分析,计算结果表明:正常运行工况和非常运行工况下该土堤的单宽渗流量在正常渗流范围内;堤体渗透系数较小,不易产生渗流,流土临界比降为2.71,土的孔隙比e为0.72;计算最大渗流比降0.59小于发生流土水力临界比降0.63,因此,该土堤不会发生流土破坏。所得结论可为其他土堤工程边坡渗流稳定性研究提供一定的参考。

不同降雨类型循环下二元边坡渗流场及稳定性分析

为研究不同降雨条件对二元边坡的影响,以福建某公路边坡为例,基于饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-Studio软件,模拟不同类型降雨对二元边坡渗流场和稳定性的影响,探讨不同降雨类型循环条件下二元边坡的渗流场和安全系数的变化规律。结果表明,降雨引起的孔隙水压力变化在边坡表层土体和内部岩层之间存在显著差异,土-岩接触面存在潜在滑动面;总降雨量相同时,表层土体孔隙水压力变化曲线呈现不同变化规律,前期型呈上凸型,中期型、均匀型都呈直线型,后期型呈下凹型;下部岩层坡顶、坡面处孔隙水压力变化曲线在降雨周期前期不变,在后期突然增大升至饱和状态,坡脚处岩层的孔隙水压力变化趋势与表层土体一致;安全系数变化与降雨时间分布一致,并具有明显的滞后性;降雨最不利时,潜在滑动面由边坡内部上移到土-岩接触面处及内部岩层接触面处。

边坡降雨入渗与坡面径流耦合数学模型及有限元模拟

降雨,特别是强降雨时边坡渗流和坡面径流过程是研究许多工程问题的基础。本文采用Richards方程描述非饱和渗流过程;运动波方程描述坡面径流。先推导了Richards方程的积分弱解格式;然后将坡面水深作为运动波方程的控制变量,并用运动波方程表示入渗率;再将这一表达式融入Richards方程的积分弱解格式,从而构建同时描述边坡渗流和径流的积分弱解格式的数学方程。该方程不再包含入渗率这一未知量。采用Galerkin有限元法实现方程的有限元模拟。算例表明,所建有限元模拟方法可以用于模拟边坡渗流和坡面径流过程。

基于数值流形法的降雨入渗与坡面径流耦合算法研究

降雨时坡地的入渗-产流分析,是降雨型滑坡、泥石流等地质灾害机理研究中的重要课题之一.为实现边坡降雨-入渗-产流的全过程数值模拟,进一步提高计算效率,考虑将降雨入渗面视作坡面径流与坡体渗流的内部域,基于一维运动波方程和二维压力水头格式的Richards方程建立耦合模型,并推导出其总体控制方程,采用数值流形法(numerical manifold method, NMM)实现其数值求解,通过编制相应的计算程序分析了边坡降雨产流过程.数值分析结果表明:所建模型的计算结果与试验数据及前人模拟结果吻合良好,验证了该文模型及计算方法的有效性与可靠性;降雨强度越大,产流时间越早,坡面积水深度越大,对坡体内的水分分布影响范围越广.研究表明,所建模型能真实反映边坡降雨-入渗-产流全过程,可为降雨诱发的各类地质灾害分析提供计算依据.

降雨条件下的基坑边坡渗流场模拟

在对多孔介质中的饱和-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、水力传导系数及毛细水头等。利用相关程序对降雨条件下的基坑边坡内部渗流场进行模拟,分析地下水位线、坡体饱和度、压力水头及坡体内不同位置处的渗流速度随降雨时间的变化规律。模拟结果与实际情况比较吻合,可为基坑边坡稳定性的分析提供参考依据。

基于坡面冲刷的荆江典型岸坡稳定性分析

针对荆江典型二元结构的岸坡,采用横向冲刷计算公式探讨了不同水位升降阶段中,水流流速和含沙量对岸坡横向冲刷速率的影响以及岸坡断面形态的变化规律。在此基础上基于饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP/w程序建立了二维非稳态渗流模型,模拟了其渗流场在水位升降条件下的变化过程,并基于摩根斯坦法计算分析了在考虑与不考虑坡面冲刷2种条件下岸坡稳定性的变化规律。结果表明:在水位上升期,当不考虑坡面冲刷时,岸坡稳定性是随水位上升而增大的,但当考虑坡面冲刷后,岸坡坡度逐渐增大,岸坡稳定性随水位上升而减小;在水位下降期,岸坡稳定性随水位下降而减小,且考虑坡面冲刷的安全系数下降速率明显大于未考虑冲刷时的情况。因此洪水期与水位下降末期是岸坡失稳的危险期,需重点监控。

降雨条件下某铁矿排土场边坡渗流场分布特征研究

在饱和非饱和理论分析的基础上,针对山西某铁矿排土场,利用Geo-studio软件seep模块模拟了排土场降雨入渗过程,并对降雨条件下排土场地下水的渗流特征进行了详尽分析。矿区降雨量较少,沟谷发育,地表排泄通畅,径流快,同时排土料渗透系数大,难以储存地下水,边坡静态水位较低;排土料的渗透系数大于单位降雨量,降雨仅仅提高了排土料地基地层的饱和度和压力水头,降雨对排土料地下水渗流场影响不大,对第四系地层的渗流场影响较大。

黄土丘陵区降雨坡面再分配规律研究

采用野外定位监测方法 ,以在安塞进行的降雨坡面再分配试验结果为依据 ,系统地分析了坡面降雨 -径流-入渗的转化规律 ,降雨在坡面上的水文行为强度、方向等。研究结果表明 :降雨的土壤入渗量受坡长、土地利用方式等因素影响 ,长坡能够接收较多雨量 ,试验年份 (旱年 )坡长每增加 2 0 m,草地约增加入渗 0 .77m m,灌木地增加0 .92 mm。不同土地利用方式下其降雨入渗量为灌木林地 >草地 >农地。长坡沙棘地较农坡地减少径流 4 .91m m,较长坡草地减少 4 .10 m m。相当于灌木地减流 5 6 .5 2 % ,草地减流 4 7.16 %。雨水转化土壤水的转化系数

考虑地表径流拖曳力效应多层边坡稳定性分析

为研究地表径流拖曳力对多层边坡稳定性的影响,建立了多层边坡渗流-径流耦合模型。采用NavierStokes方程描述地表径流,用Brinkman-extended Darcy方程描述土层渗流,径流区和渗流区的流体运动均满足连续性方程,且在交界面处的流体满足流速相等和切应力连续双边界条件。根据上述条件推求出径流区和渗流区的流速分布,并引入Newton内摩擦定律求出坡面径流拖曳力。利用刚体极限平衡理论对径流状态下多层边坡的稳定性进行分析,得出每层土的稳定系数。并结合工程实例讨论径流水深、边坡坡度和上下部土层厚度分别对上下部土层稳定系数的影响。结果表明,考虑地表径流拖曳力效应时,上部土体的安全系数下降了9.95%,下部土体的安全系数下降了4.99%。因此,在进行多层边坡稳定性分析与计算中,应考虑地表径流拖曳力作用。

降雨作用下曼家寨东帮采场岩质边坡渗流规律分析

降雨是影响露天矿山失稳的主要因素。针对曼家寨东帮采场岩质边坡在降雨过后曾发生局部垮塌、出现坡面裂缝现象,结合饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-studio中的SEEP/W模块对该边坡典型剖面进行降雨过程渗流规律分析。通过对降雨作用下孔隙水压力、暂态饱和区变化规律进行分析,得出如下结论:降雨条件下边坡表层区域受降雨影响严重,影响区域与影响程度受降雨时间与降雨强度共同控制;暂态饱和区是考虑降雨作用下边坡失稳的重要因素,持续的降雨作用会在边坡表面形成一定范围的暂态饱和区,降雨历时相同时,降雨强度越大形成暂态饱和区面积越大;降雨对坡脚处孔隙水压力及暂态饱和区的影响要大于坡顶区域,在进行相关边坡治理防护时要重点考虑坡脚位置。

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。

非稳定渗流场对黏土心墙坝坝坡及心墙稳定的影响分析

应用三维非稳定饱和-非饱和渗流有限元法建立xx水库枢纽区的三维有限元模型,对极端工况条件下(v=4.42m/d)坝体的非稳定渗流场进行了计算分析,结果表明1d内库水位由校核洪水位骤降至汛限水位,不会对坝坡及心墙的稳定造成不利影响。

降雨条件下坡面径流与坡体渗流耦合模型研究

降雨条件下坡内渗流和坡面径流产生的山地灾害链式反应已经逐渐成为国内外研究的重点,但由于认识的局限性,坡内渗流、坡面径流、坡面侵蚀、泥石流启动和滑坡等过程往往被人为分割成几个部分分别加以研究,导致对降雨而引起的山地灾害各因素之间的有机联系缺乏深刻的认识。本文采用Richards方程和Saint-Venant方程组分别描述坡体入渗和坡面径流问题,用有限体积法(FVM)对以上问题编写Matlab程序求解,并在每一个时间步对Richards方程和圣维南方程进行数值耦合,得到降雨条件下的坡体入渗和坡面径流耦合模型。通过算例,表明基本规律符合现实情况,说明了所建立耦合模型的可靠性。

水位波动对水库边坡稳定性影响分析

为了研究水位波动对库岸边坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和渗流理论开展有限元数值模拟,分析库水位不同上升和下降速度对边坡不同位置处孔隙水压力及稳定性系数的影响。结果表明,地下水对边坡内部的孔隙水压力会产生影响,水位下降速度对边坡有劣化作用,水位上升速度对边坡有加强作用;建议水位上升时,考虑库水对边坡劣化的时间效应。