降雨-蒸发作用下土石坝渗流场及坝坡稳定性研究

为探究降雨-蒸发作用对非饱和土坝坡渗流场与稳定性的影响,运用Geo-studio软件分析华南某水库坝坡在不同降雨类型和边界条件下的孔隙水压力和安全系数的变化规律.结果表明:相同降雨等级下,递增型降雨的孔隙水压力上升速率随降雨的持续而增大,递减型降雨减小,集中型降雨先增大后减小,稳定性安全系数的下降速率与孔隙水压力上升速率相对应;相同降雨时间下,孔隙水压力与稳定性安全系数的变化幅度从大到小为:递减型>集中型>递增型;降雨与蒸发作用条件下,递减型降雨的安全系数的下降率最大,对于坝坡稳定性为最不利影响;土地气候相互作用边界条件下各降雨类型的孔隙水压力增长速率和安全系数降低速率均要小于单位流量边界条件,但安全系数均要大于单位流量边界条件,降雨-蒸发作用下所反映的渗流场与稳定性变化更符合实际.

降雨-蒸发循环作用下膨胀土填方边坡变形特征与机理研究

为了对安康膨胀土地区拟建机场工程设计提供必要的基础参数,特在该场地建立了填方边坡稳定性的现场物理试验模型;跟踪测试了边坡在降雨-蒸发循环作用下的一系列变形,进而分析了其演化规律与成因机制。结果显示:(1)新建填方边坡的雨水入渗过程由自由入渗、冲刷入渗及稳定入渗3个阶段组成。在本次试验中;雨水入渗过程大部分处于冲刷入渗阶段,导致其入渗深度有限。(2)对于完整均匀的填方边坡,其变形的发展受到土体膨胀变形的主导作用;在坡顶主要表现为竖直向的胀缩变形;坡面则主要表现为水平向的累积变形;随着深度的加大、降雨次数的增加,变形速率急剧降低。(3)边坡的变形与降雨-蒸发作用密切相关,降雨作用是导致变形陡增的主要因素;蒸发作用是变形发展的必要前提条件。(4)防止边坡在降雨-蒸发作用下的变形破坏应从两方面着手:一是有效减弱其在边坡表层影响范围内土体湿度的变化,二是防止径流对坡面的冲刷、侵蚀作用。

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。

降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响

降雨入渗降低边坡的稳定性,蒸发增加边坡的稳定性,降雨和蒸发对边坡稳定性的定量研究是很有意义的。采用蒸发和降雨模型对边坡进行非饱和-非稳定渗流分析,用总凝聚力表示的Bishop极限平衡法计算边坡安全系数。采用数值方法对算例土质边坡进行了研究,得到了孔隙水压力随时间变化的关系、边坡安全系数随时间变化的关系。结果显示:土体中孔隙水压力与天气条件、边坡安全系数与天气条件之间存在滞后关系;降雨和蒸发对边坡的表层滑动稳定性影响非常大,对深层滑动稳定性影响相对较小;降雨过程中边坡的临界滑动面由较深位置向较浅位置转变,蒸发过程则相反。

降雨蒸发作用下掺砂改良铝土尾矿泥浆试验研究

针对铝土尾矿泥浆自身具有高含水量、低渗透性、高压缩性、高液限等不良性质且堆存易受降雨蒸发共同影响的缺点,开展了室内掺砂改良铝土尾矿泥浆研究。通过对不同粒径及掺砂比的改良铝土尾矿泥浆经历蒸发、降雨作用后泥浆裂缝发展、吸湿现象及抗剪强度结果进行分析,并通过分析掺砂后铝土尾矿泥浆性质改良情况,以确定最佳的掺砂参数。研究结果表明:铝土尾矿泥浆蒸发量变化规律与裂缝发展相互促进,中砂组20%组别的铝土尾矿泥浆蒸发量大,同时裂缝发展程度最高;掺砂比在0%~30%范围内,泥浆内摩擦角随着掺砂比的增大而逐渐增长;在0%~20%范围内,掺砂铝土尾矿泥的凝聚力明显提高,而掺砂比超过该值后凝聚力下降。综合认为掺砂粒径为2.0~5.0 mm,掺砂比为20%最佳,研究结果为掺砂改良铝土尾矿泥浆工程实际运用提供了参数支持。

降雨-蒸发条件下土体开裂临界含水率演变规律研究

为研究降雨-蒸发过程中土体裂隙发展演化规律,依托裂土边坡足尺模型试验,测量土体表层含水率,采用图像矢量化技术提取裂隙率,对土体裂隙域及基质域开裂含水率演变规律进行了研究,基于非饱和土水平应变增量本构模型推导并计算了土体基质域临界开裂基质吸力及含水率。研究结果表明,降雨-蒸发过程中土体开裂具有可重复特征,且裂隙率随降雨-蒸发次数增加总体呈增加趋势;土体裂隙域开裂含水率随降雨-蒸发次数增加而增加,基质域与之相反;基质吸力对裂隙的开裂扩展既可有抑制作用,也可产生促进作用;基于均质各向同性非饱和土应变增量本构模型计算得到的土体基质域开裂含水率范围与实测值较为接近,且该模型能较好地解释裂隙域与土体基质域开裂含水率的变化规律。

降雨-蒸发-蒸腾耦合作用下的中小型尾矿库重金属Cu^(2+)迁移规律研究

为研究气候、植被和地下水多种因素作用下的中小型尾矿库重金属迁移规律,考虑降雨-蒸发-蒸腾与地下水的耦合作用,建立不同坝高、坡比、渗透系数和迁移时间工况的尾矿坝重金属迁移模型。应用Geostudio模拟软件,基于正交设计的因素显著性分析及全面设计的因素影响性分析,研究中小型尾矿库重金属Cu^(2+)的迁移规律。结果表明:尾矿库坝高与污染物Cu^(2+)平均迁移速度成反比;坡比对尾矿库污染物Cu^(2+)迁移质量浓度的影响不显著;渗透系数对重金属Cu^(2+)的迁移有显著影响,在尾矿库的同一深度,Cu^(2+)迁移365 d时,渗透系数随污染物质量浓度增大而增大;迁移时间对重金属Cu^(2+)的运移有较显著影响,坝高一定时同一剖面的污染物质量浓度随时间推移而增大。研究结果可为中小型尾矿库的重金属污染分析、评价和防治提供参考依据。

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失，其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率，从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区，定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期（5～9月）应用自制的微型蒸渗仪（Micro-Lysime-ter）测定了风沙土（有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部）和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明：在相似的气象条件下，风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘（风沙土区）的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18．7mm，丘间低地为38．8mm，荒漠盐碱土为52．1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为：裸露沙丘0．20，丘间低地0．42，荒漠盐碱土0．62，表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时，从数据分析中可以看出：在风沙土区0～5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用，而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率，为植被恢复奠定了良好的基础。因此，裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。

基于标准化降水蒸发指数(SPEI)的东北干旱时空特征

东北地区是我国重要的粮食作物和经济作物的生产基地,易受异常降水和干旱的影响。随着全球气候变暖,东北地区温度增高、降水量减少,干旱事件发生频繁。但是目前国内对东北地区干旱的研究较少、结果存在分歧,且主要关注干旱的时空变化特征和干旱的影响,较少研究关注干旱的区划研究。依据1961─2013年东北地区月平均气温和降水资料,运用标准化降水蒸发指数(SPEI)分析了东北地区的干旱趋势,并根据主成分分析和聚类分析研究东北地区干旱的时空特征,研究结果表明:东北地区在1961─2012年期间干旱发生频率呈现波动增加的趋势;在1961─1999年期间,东北地区干旱发生频率低、持续时间短,干旱危害较小;而2000年以后,东北地区干旱事件频发,干旱持续时间长、强度大,出现了2000─2002和2007─2008年2个连续干旱期。从空间分布来看,2000─2010年是东北地区干旱发生频率和影响范围最大的时期,尤其是东北地区的中部和西部,其干旱频率分别达到42.86%和33.34%。根据主成分析和聚类分析的结果将东北划分为8个干旱相似区。研究结果对于实现东北干旱监测、评估,为减轻该区域干旱损失,指导区域水资源管理和农业生产具有重要的现实意义。

膨胀土表面裂隙对降雨入渗的影响研究

为了研究膨胀土土体表面裂隙率的发展规律及表面裂隙与渗流的关系,以湖北省宜昌市某地膨胀土为例,利用称重、拍照以及Matlab编写图像处理程序等技术,开展了循环降雨入渗蒸发试验.结果表明,土体表面在干湿循环反复作用下,裂隙率逐渐增大,最终达到一个稳定值;雨水入渗的速度随着裂隙率的增加而加快;随着干湿循环次数的增加,土体变得疏松且饱和含水率逐渐增加.研究结果为降雨入渗引起的膨胀土边坡失稳的研究以及对滑坡灾害的预测预防提供了理论依据.

基于多普勒雷达的降水-蒸发预报模型研究及应用

黏土心墙堆石坝在雨季难以有效施工,为解决这一问题,大多工程采用在降雨集中时段暂停施工的方式,从而导致设备及人员闲置、作业效率低、施工成本高等问题。为此,提出以多普勒雷达为基础的降水-蒸发预报模型,定量分析雨季有效施工时间,并建立了精细化的雨季施工体系。模型能够较准确预判坝址区小区域的降雨,指导现场充分利用窗口期开展施工,提高了施工效率,避免了雨季停工及人员设备长时间闲置等情况的出现,确保了雨季填筑强度满足工期要求。该模型在两河口水电站施工中得到有效应用。

考虑降雨入渗的饱和—非饱和渗流场数值分析

文章在分析降雨入渗机理的基础上,根据饱和—非饱和地下水运动微分方程和定解条件,模拟降雨入渗问题,并阐述了降雨入渗边界条件的正确处理方法,给出了相应的非饱和边界面处理技术。

引黄灌区水文变化规律分析——以德州市平原县为例

为实现区域灌溉方式的合理选择,在查阅大量水文变化相关文献的基础上,结合GIS技术与统计学原理对平原县地下水位进行时空变化趋势分析以及降水蒸发量分析。针对不合理的地下水使用方式进行改善,探索井渠双灌工程,为研究区农业灌溉方式提供理论依据,在灌溉方面给予农民指导性的意见。

基于足尺模型试验的边坡裂隙发展演化规律

以安徽沿江地区裂土为研究对象,开展降雨-蒸发作用下裂土边坡足尺模型试验,测量土体表层含水率、基质吸力及裂隙深度,采用图像矢量化技术提取边坡不同部位裂隙几何参数,研究平面及深度方向裂隙发展演化特征,划分裂隙类型,揭示边坡裂隙发展演化机理。研究结果表明:裂隙的发展演化受其所处位置和降雨-蒸发次数控制。坡顶中后缘部位受边坡临空面影响较小,裂隙均为干缩裂隙,属I型张开断裂;坡肩及坡顶前缘受临空面影响较大,裂隙为干缩-剪切复合裂隙,属I-Ⅱ复合型断裂;平面上,干缩裂隙的裂隙率与含水率呈高度线性负相关,干缩-剪切复合裂隙率与含水率线性关系较差;随降雨-蒸发次数增加,裂隙的平均宽度逐次增加,裂隙总长度表现为前期波动变化,后期趋于稳定,其中坡肩附近复合裂隙的裂隙率和平均宽度最大,其裂隙总长度小于坡顶干缩裂隙总长度;干缩裂隙在平面上呈网状结构,干缩-剪切复合裂隙平面上出现显著定向特征;深度方向上,裂隙导致相应深度基质吸力在降雨时剧烈下降、在干燥时剧烈上升;干缩裂隙竖直发展,干缩-剪切复合裂隙出现转向现象;总体上,坡肩处裂隙最发育,坡顶次之,坡脚最弱,坡体的破坏始于坡肩处的干缩-剪切复合裂隙。

基于新型防渗护壁材料的膨胀土边坡抗入渗及抗冲刷特性

为有效防护膨胀土边坡在降雨−蒸发循环作用下的失稳破坏,采用新型防渗护壁材料防护膨胀土边坡,但其抗入渗、抗冲刷性能及工作机理尚不清晰。为此,制作未防护、防渗护壁材料防护和三维植被网+防渗护壁材料防护3组膨胀土边坡模型,研究降雨−蒸发循环作用下边坡体积含水率、孔隙水压力、径流量、土体冲刷量、坡面冲蚀过程以及裂隙的变化规律,揭示新型防渗护壁材料防护膨胀土边坡的作用机理。研究结果表明:降雨入渗引起的含水率和孔隙水压力变化均具有一定的滞后性;防渗护壁材料防护边坡在同一深度的含水率对降雨入渗的响应时间最长,而素土边坡的最短;边坡的抗入渗能力由大到小顺序为防渗护壁材料防护边坡、三维植被网+防渗护壁材料防护边坡和素土边坡;各循环中孔隙水压力峰值差总体上防渗护壁材料防护边坡最大,素土边坡最小;防渗护壁材料防护边坡的径流量最大,3组边坡径流量均随循环次数增加呈“S”形变化;膨胀土边坡坡面在降雨−蒸发循环作用下发生渐进性侵蚀破坏,土体冲刷量与降雨−蒸发循环次数呈二次函数关系;防渗护壁材料防护边坡的抗冲刷系数最大,抗冲刷性能最显著。总体而言,防渗护壁材料防护层可有效防止雨水入渗及边坡水分蒸发,并能有效降低雨水和径流作用对坡面的侵蚀破坏,有利于增强边坡长期稳定性。

海南岛热带雨林滑坡致灾因素分析

从地形地貌、降雨和蒸发以及人类工程活动等方面分析和总结了引发滑坡的因素,研究发现:海南岛中高周低的环形阶梯结构的独特地形地貌是滑坡发生的必要因素;较大年平均降雨量和蒸发量以及海南红粘土在强降雨和蒸发下所产生的裂缝是滑坡发生的诱导因素;大量种植经济作物和开挖山体等频繁的人类工程活动是滑坡发生的直接因素.

裂隙膨胀土边坡的湿热耦合特性及稳定性研究

为探究湿热耦合作用对裂隙膨胀土边坡的具体影响,将裂隙假定为无强度、无重度、渗透系数足够大的材料,建立数值分析的裂隙膨胀土边坡模型,进行时程为31 d的降雨蒸发模拟.对初始状态、干旱结束点、大暴雨结束点、二次干旱结束点和大雨结束点五个特殊时间点的温度场和湿度场进行分析,并监测全时程的安全系数变化.结论如下:坡顶和坡脚处的地表温度随时程变化分别表现为累积和消散现象,并且会在裂隙处产生一种温度“集中”效应;边坡受裂隙与下部土体渗透性差异的影响,形成局部的上层滞水现象,并对体积含水量和孔隙水压力的分布产生特殊影响;裂隙膨胀土边坡的安全系数随时程呈现先升高后降低的变化趋势,边坡的稳定性受大暴雨影响剧烈降低,并且这种降低在后续的干旱时程中持续发生.

土壤水-汽-热耦合运移的数值模拟研究与验证

土壤水是自然界水分循环的重要组成部分,在研究土壤水分运移中考虑热量的影响能够提高模拟的精度并反映真实的物理过程。基于土壤水-汽-热耦合运移方程建立土壤含水率和温度的数值模拟模型,通过对VG模型的经验拟合参数n和α、土壤残余含水率θ_r、饱和含水率θ_s的率定使模拟结果得到优化;将修改后的参数作为模型的基本参数,连同气象资料,边界条件输入到模型中模拟土壤中含水率、温度的变化过程。结果表明:降雨阶段含水率和温度的模拟效果优于蒸发阶段,降雨阶段含水率、温度模拟精度都"比较好"或"很好",只有3 cm处的表层土壤含水率模拟精度为"一般"(相对均方根误差RRMSE为21.99%),这是由于表层土壤的质地不均匀所致。蒸发阶段含水率和温度在大部分深度模拟精度"很好",只有在深层(28及48 cm处)的温度模拟精度为"一般"(RRMSE为21.18%及22.92%),原因应该是土柱下部会受环境温度显著影响所致。本研究可以应用于水文循环的模拟中,可以提高下渗过程的模拟精度。

降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu^(2+)迁移模拟分析

考虑降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库为例,利用Geostudio软件中的SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨-蒸发-蒸腾作用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨-蒸发-蒸腾作用影响;降雨-蒸发-蒸腾作用对重金属污染物的迁移起干扰作用;重金属污染物Cu2+在0~1095 d内沿初期坝方向迁移,重金属Cu2+浓度随时间推移而增大;考虑降雨-蒸发-蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在1095 d内的总移距和平均速度。研究结果为大型尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供依据。

水循环算法的研究现状

水循环算法是一种抽象于自然界水循环过程的智能优化算法,它是根据自然界中的分流、降雨、汇流、蒸发与下渗的现象,提出的一种算法,该算法过程简单,易于理解,具有较强的搜索能力,但该算法也存在过早收敛,易陷入局部最优等问题。本文在分析传统水循环算法的基础上,从四个方面对其改进算法进行了总结。