基于改进Green-Ampt降雨入渗模型的花岗岩风化带边坡稳定性分析

为研究持续降雨对花岗岩风化带路堑边坡稳定性的影响,选取赣南安远至定南新建高速公路定南段花岗岩风化带路堑边坡建立地质模型,通过室内试验、资料统计分析等手段获取该边坡各层岩土体的物理力学参数,并结合区内实际强降雨工况,采用考虑排水的改进Green-Ampt降雨入渗模型,分别利用极限平衡法和强度折减法数值模拟方法对不同降雨工况下该边坡的稳定性和变形破坏模式进行分析。结果表明:随着降雨的持续,该花岗岩风化带岩土体边坡的稳定性系数逐步降低,工况一条件下降雨20 d或工况二条件下降雨18 h后,边坡的稳定性系数小于1;边坡坡体破坏从坡脚逐步向上延伸,并在坡体表面形成潜在的滑动面,而后台阶处也逐渐破坏;整体而言,该边坡的破坏模式为坡面冲刷和浅层剪切滑移破坏,高应力区集中在边坡坡脚处和各台阶处,短时强降雨情况下该边坡可能会发生整体滑移破坏。

多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型

边坡降雨入渗分析对于降雨型滑坡加固设计、治理和风险防控至关重要。经典的Green-Ampt模型参数虽然具有明确的物理意义,计算便捷,但是忽略了入渗区客观存在的过渡层,并且不能有效分析考虑土体渗透系数空间变异性的多层非均质边坡降雨入渗问题。为此,提出了一种适用于多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型,考虑了降雨入渗的椭圆形过渡层,推导了不同降雨历时下边坡含水率分布情况。同时,以无限长边坡模型为例,通过4种常见的边坡工况验证了该模型的有效性,并进行了降雨入渗条件下非均质边坡稳定性分析。结果表明:对于设定的4种工况,提出的改进Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量分布、安全系数和滑动面深度与Richards方程数值解吻合,而基于修正Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量和滑动面分布存在偏差,边坡安全系数偏小。此外,基于提出的改进Green-Ampt模型能够准确识别最危险滑动面位置。研究成果可为多层非均质边坡降雨入渗分析及降雨型滑坡加固设计及风险防控提供理论参考。

基于改进Green-Ampt入渗模型的边坡极端降雨阈值确定

为了获得在极端降雨情况下与实际工况相符合的高液限土边坡抗滑稳定性情况,有必要开展极端降雨、高温对边坡稳定性影响的研究。以广东省惠州地区的气象及自然灾害数据为基础,在对不同年份降雨及高温进行分析的基础上,引入吸力水头改进了Green-Ampt入渗模型,得到了斜坡在不同单位降雨量上的极端降雨阈值。研究结果表明:边坡稳定性与连续降雨天数及降雨量有很大关系,在长期小雨的情况下边坡也会达到极端降雨阈值,在降雨量较大的情况下以临界降雨阈值作为极端降雨阈值更合适。该研究对于雨季边坡稳定性分析及灾害防治具有重要意义。

基于改进的Green-Ampt入渗模型重建清光绪初年山西大旱降雨入渗量

为了深入挖掘和充分利用清宫档案“雨雪分寸”所反映的降水信息,重建清光绪初年山西极端干旱事件,本文在山西省开展了人工模拟降雨入渗试验,探讨了利用改进的Green-Ampt入渗模型求解山西省累计入渗量方法的可靠性与适用性,并利用山西省1875—1878年主汛期“雨分寸”资料重建了历史时期土壤降雨入渗量。结果表明:(1)降雨量是山西省降雨入渗湿润锋推进深度的主要因素,两者呈明显的正相关;(2)改进的Green-Ampt入渗模型在山西省具有较好的适用性,实际入渗量与模拟值的纳什效率系数在0.8以上,且两者相关性显著;(3)1875—1878年山西主汛期6—9月降雨累计入渗量普遍较少,土壤干旱较为严重。

基于改进Green-Ampt模型的花岗岩残积土边坡降雨入渗规律研究

花岗岩残积土广泛分布于我国南方地区,具有许多不良物理力学性质。该类型土边坡在降雨作用下极易发生变形破坏,因此,对花岗岩残积土边坡的降雨入渗规律进行深入研究具有重要意义。在Green-Ampt模型的基础上综合考虑了坡体的初始含水率、地下水位、非饱和特性,建立了一种适用于不同降雨工况的入渗模型,并采用数值模拟及前人经典模型计算结果对该模型进行了验证。运用该模型对赣南3种典型降雨工况下的花岗岩残积土边坡进行了分析,结果表明:在距离地下水位线较远时初始含水率对湿润锋的迁移速率影响不大,但在接近地下水位线附近时湿润锋的迁移速率逐渐增大,呈现出指数形式的变化趋势;相同降雨时间内、不考虑坡面冲刷的情况下,降雨强度略大于土体饱和渗透系数的工况下湿润锋迁移深度最大、边坡稳定性系数降低最多,在实际情况中尤其需要加强防范。

夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型的改进与验证

对于土层夹砂结构,湿润锋穿过砂层上界面时,入渗率变为稳渗率。为确定各因素下夹砂层土壤的稳渗率,在Green-Ampt入渗模型基础上,引入导水度系数(小于1)来量化上层土壤的导水程度,建立了改进的夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型。采用HYDRUS-1D软件,模拟了不同土壤质地、初始含水率、压力水头、砂层埋深和砂层厚度条件下的稳渗过程,根据模拟结果分析了夹砂层土壤的入渗规律及其影响因素,稳渗率主要受土壤质地、压力水头和砂层埋深的影响。在相同压力水头、初始含水率和砂层厚度下模拟获得不同砂层埋深的稳渗率,并采用改进的Green-Ampt入渗模型拟合,求得导水度系数和进水吸力值。分析发现导水度系数变化较小,为简化计算,取其平均值0.95。在此基础上,提出了由土壤物理特性参数进气值倒数估算进水吸力的计算公式。利用秦王川地区的夹砂层土壤积水入渗试验及已有文献资料验证所建模型的有效性,结果表明所建模型待定参数少,计算误差基本在5%以内,且试验设计较简单,可为农田水分管理及工程防渗技术提供理论依据。

适用于斜坡降雨入渗分析的修正Green-Ampt模型

降雨入渗分析是预测降雨诱发滑坡的关键因素之一。Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力,但该方法主要适用于初始含水率为均匀分布的情况。基于这一不足,推导了初始含水率为非均匀分布条件下降雨入渗深度和时间的关系,并给出了基于Runge-Kutta原理的数值解法。当初始含水率为均匀分布时,提出的方法可简化为文献中已有的Green-Ampt模型。当初始含水率为非均匀分布时,Richards方程预测所得的孔隙水压力分布图中土体饱和区和未受降雨影响的非饱和区之间存在一个较窄的过渡段,由新模型计算所得的湿润锋穿过这一过渡段,且靠近饱和部区的底部。总体而言,新方法计算所得的孔隙水压力分布与Richards方程求解结果类似。

间歇性强降雨下基于Green-Ampt入渗模型的边坡稳定性分析

研究了间歇性强降雨作用下边坡稳定性.间歇性强降雨下湿润锋以上土体将会经受干湿循环作用,考虑干湿循环对边坡土体渗透特性及土水特性的影响,改进了传统Green-Ampt入渗(G A)模型;考虑干湿循环对土体强度的劣化作用,建立间歇性强降雨下边坡稳定性表达式.对于不考虑间歇性强降雨作用的边坡,改进GA模型可简化为传统GA模型,说明传统GA模型是改进GA模型的一个特例;利用改进GA模型和稳定性评价方法得到的结果与工程实际情况基本吻合,证明了该方法的可靠性;根据降雨入渗速率的变化特征,降雨过程可分为稳定阶段、持减阶段和突变阶段等3个阶段;传统GA模型与改进GA模型相比在失稳深度和时间上有较大延缓;仅改进稳定评价方法的传统GA模型与改进GA模型相比在失稳深度上一致,在失稳时间上有延缓.

考虑非饱和浸润层厚度和累积入渗量的改进Green-Ampt模型

矿山内排土场因其储量大、结构松散和强度低等特点,在降雨条件下极易产生侵蚀或整体失稳破坏,因此降雨入渗分析对预测内排土场稳定性至关重要。以元宝山露天煤矿内排土场为原型,按相似试验理论进行物理模型试验,研究降雨入渗特征,根据试验结果对经典Green-Ampt入渗模型进行改进。结果表明:雨水入渗过程中,随着浸润锋的向下运移,坡面侵蚀由溅蚀凹槽开始,逐渐过渡为径流侵蚀,最后呈现为溯源侵蚀破坏,整体呈现平行于坡表面的浅层滑坡特征;浸润锋之上非饱和浸润层的存在,导致经典Green-Ampt模型计算结果不准确;在考虑浸润层厚度和累积入渗量基础上,推导出改进的Green-Ampt模型;改进后的Green-Ampt模型为分段函数,能够反映降雨入渗使坡面由非饱和向饱和过渡的实际特征。验证结果显示,使用改进模型,浸润锋入渗深度和累积入渗量的预测精度显著提升,虽然冲蚀破坏和初始含水率的差异导致降雨入渗后期的预测精度有所下降,但相关结果对煤矿内排土场降雨初期稳定性分析具有重要意义。改进后的Green-Ampt模型的计算结果与实测数据更为接近,能为分析露天煤矿内排土场降雨入渗规律及边坡稳定性研究提供参考。

Green-Ampt入渗模型及其应用

介绍了降雨条件下Green-Ampt模型的改进形式,以及国内外利用实验和理论方法推求模型中湿润锋处吸力的方法,对其在积水入渗、降雨入渗、结皮及侵蚀模型中的应用进行了探讨,对该模型与其他模型进行了对比分析,并展望了模型的应用前景。认为该模型可进一步被应用于植被覆盖条件、坡地降雨过程及坡地浑水入渗过程的分析;在今后坡地水文的研究中,可针对以上不同条件进行Green-Ampt模型应用于黄土坡地水文过程的修正和改进。

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在GreenAmpt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。

考虑禁锢空气影响的层状土壤Green-Ampt入渗模型及试验验证

为考虑土壤孔隙中禁锢空气对入渗水流的阻滞作用,引入饱和度系数Sa(Sa小于1)来量化湿润区的饱和程度,建立了改进的层状土壤Green-Ampt入渗模型(MGAM),并提出了由土壤物理特性参数估算Sa的计算公式。为检验MGAM的适用性,分别在室内长土柱和田间进行层状土壤的积水入渗试验,并采用MGAM、传统的Green-Ampt模型(TGAM)和由Bouwer法修正的Green-Ampt模型(BGAM)对入渗过程进行模拟。结果表明:估算得到的Sa反映了湿润区的真实饱和程度与持水能力;TGAM模拟的入渗速率和累积入渗量均明显大于实测值,BGAM则低估了入渗速率和累积入渗量,而且TGAM和BGAM预测的湿润锋位置明显滞后于实测值;与TGAM和BGAM相比,MGAM的模拟结果与入渗试验结果更加吻合,表明MGAM对层状土壤中水分入渗过程的模拟具有较高的精度。

基于Mein-Larson入渗模型的浅层降雨滑坡稳定性研究

降雨入渗模型与边坡稳定性方法有机结合是研究降雨诱发滑坡稳定性的有效方法。在深入分析降雨入渗基本理论的基础上,将Mein-Larson入渗模型与基于饱和土、非饱和土以及近似非饱和土的无限边坡稳定性分析方法有机结合,综合考虑了高强度短历时和低强度长历时两种降雨情形,拓展并改进了基于Green-Ampt入渗模型的饱和土和近似非饱和土无限边坡稳定性模型,并依托典型边坡实例对各评价模型的计算结果和适用性等进行了对比分析。

强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析

降雨入渗分析方法直接影响降雨型滑坡的预测与防范。Green-Ampt(GA)模型物理意义明确、参数较少,在降雨型滑坡分析中逐渐得到了重视,但该方法忽略了湿润层非饱和层的存在以及饱和层渗流而影响计算精度。针对以上不足,基于GA模型,建立了适用于边坡并且能综合考虑湿润层土体含水率分布情况与饱和层内平行于坡面渗流作用的降雨入渗分析(LSGA)模型,并提出了该模型下边坡稳定性系数表达式。结果表明:对于不考虑分层的无限长边坡,LSGA模型可简化为GA模型,说明GA模型是LSGA模型的一个特例;与LSGA模型相比,GA模型在失稳深度和时间上有较大延缓;饱和层渗流作用对湿润层特性影响较小,对边坡稳定性影响较大;相反,坡体长度方向尺寸效应则对湿润层特性影响明显,而对边坡稳定性影响较小;利用LSGA模型和稳定性评价方法得到的结果与模型试验揭示的现象基本吻合,证明了该方法有较好的精确性和可靠性。

基于改进Green-Ampt模型的滑坡稳定时变可靠度分析

降雨入渗滑坡稳定可靠度分析往往仅考虑了土体参数的空间变异性,而忽略土体初始含水率非均匀性空间分布的影响。基于此,推导了不同降雨工况条件下初始含水率任一分布的Green-Ampt入渗模型,利用变步长复化Simpson法求解初始含水率不同空间分布条件下湿润锋深度与降雨历时的函数关系。结合多维正态累计分布函数Mvncdf,计算整个降雨评估基准期滑坡稳定的时变可靠度,并利用某一滑坡实例进行对比验证。计算结果表明,初始含水率空间分布的不同对降雨条件下滑坡稳定时变可靠度的影响十分明显,且相较于初始含水率为均匀和梯形分布;相同降雨条件下,指数分布时滑坡稳定时变可靠度的下降幅度最小。该改进模型适用于土体初始含水率的任意分布,有利于Green-Ampt模型在滑坡稳定性评价的普适性推广应用。

一个考虑浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型

基于经典Green-Ampt入渗模型,建立了考虑任意降雨强度下浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型.针对4种不同渗透性质的土样,将此模型的解析解与数值模拟结果进行对比分析,结果表明:所建的降雨入渗物理模型及其数值解的最大积水时差仅为0.274 h,最大相对累积入渗量误差仅为3.204%,验证了该修正模型的合理性.同时以砂质壤土为例,利用该模型分析不同地下水位埋深对降雨入渗的影响.分析表明:雨水入渗速率、累积入渗量以及积水时间受地下水位埋深的影响较小,而湿润锋深度随着降雨历时的增加受其影响逐渐明显.

强降雨条件下浅层滑坡稳定性分析模型改进

浅层滑坡灾害在我国较为常见,尤其是降雨充沛地区,每年都会造成严重的损失。为研究强降雨入渗作用对浅层滑坡稳定性的影响,在前人对Green-Ampt(GA)入渗模型研究的基础上,结合浅层滑坡深度与长度之比比较小的特性,简化了入渗深度与降雨时长的函数关系式。在进行浅层滑坡稳定性评价时,考虑了渗流力和基质吸力,采用了极限平衡思想和微元思想,同时分析了滑带面处和湿润锋面处的稳定性系数,结合改进的入渗模型,给出了适用于滑带面不平行于坡面的滑坡的安全系数与降雨持续时间的函数关系式,并通过数值模拟方法验证了模型的适用性。最后利用改进模型对小湾3号B3滑坡进行分析,并通过与传统方法的对比展现了强降雨条件下浅层滑坡稳定性分析改进模型的优越性和更强的适用性。

考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型及边坡稳定性分析

降雨入渗是诱发滑坡的关键因素,研究斜坡降雨入渗规律对于滑坡的预测与防范具有重要意义。传统的Green-Ampt模型及改进的Green-Ampt模型均假定入渗过程为均匀饱和入渗,忽略了入渗过程中湿润锋锋面上方非饱和区的存在。针对这一不足,首先,基于达西定律分析斜坡内基质吸力的分布规律;然后,结合非饱和土VG模型得到了斜坡内湿润区含水量沿深度变化的函数关系;最后,基于改进的Green-Ampt模型推导了考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型,并将其引入到无限斜坡稳定性分析当中。研究结果表明:与数值解和现有模型相比,考虑土体非饱和特性的降雨入渗模型能更加准确地反映降雨入渗的过程,基于改进模型计算的稳定性系数较好地揭示了恒定降雨强度下斜坡稳定性的变化规律,证明了该方法的正确性和适用性。

Green-Ampt入渗模型国外研究进展

土壤水分入渗过程是土壤水分运移形式之一,对土壤养分和盐分运移及作物根系和微生物活性均有较大影响。目前描述土壤水分入渗过程的模型主要包括:Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等,Green-Ampt入渗模型表达式简单、涉及参数较少,具有一定的土壤物理基础,是当前使用最广的土壤水分入渗模型。国外关于GreenAmpt入渗模型研究很多,对Green-Ampt模型国外研究现状进行系统地总结。从Green-Ampt入渗模型的基本表达式出发,总结了该模型优缺点及涉及参数(饱和导水率Ks、湿润锋面吸力Sf、土壤水分入渗率i(t)等)的改进算法;综述了Green-Ampt入渗模型的国外应用现状;并对比分析了Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等,Green-Ampt入渗模型。基于Green-Ampt的国外研究现状,为国内该领域的研究指明方向。

Green-Ampt公式在层状土入渗模拟计算中的应用

通过对GreenAmpt 入渗模型特点的进一步分析和总结,概述了目前对GreenAmpt 入渗模式的发展情况,特别在沙层阻水、浑水入渗、间歇入渗和降雨入渗方面的应用进行分析,并对GreenAmpt 公式在这些方面应用中参数确定方法进行了进一步探讨,为在黄土区的应用提供指导。