VG模型参数对边坡稳定性系数影响的敏感性分析

鉴于VG模型在国内外的广泛应用,本文选取砂土、粉土和粉质黏土,通过正交试验研究了VG模型系数n、α、饱和含水量θ_(s)、残余含水量θ_(r)以及饱和渗透系数K_(s),5个因素的扰动对边坡稳定性系数的影响,以边坡安全系数为正交试验的试验指标,研究发现对于砂土,敏感度关系是:θ_(s)>n>θ_(r)>α>K_(s);对于粉土敏感度关系:θ_(s)>n>α>K_(s)>θ_(r);对于粉质黏土敏感度关系:θ_(r)>θ_(s)>n>α>K_(s)。研究为实际工程提供了一定参考支持。

土壤垂直一维入渗对VG模型参数的敏感性分析

基于HYDRUS-1D模型,采用单因素扰动分析方法对VG模型的残余含水率θr、饱和含水率θs、经验参数n和α、饱和导水率Ks共5个参数进行敏感性分析。结果表明:n,θs,Ks的扰动对垂直湿润距离计算值Rz、累计入渗量计算值I的影响较大,α的扰动影响次之,θr的扰动影响最小;n的负扰动对Rz和I的影响最大,且n较小时给模拟结果带来的误差较大。因此,在模拟计算中应保证VG模型参数n,θs,Ks等的精度。

土壤水分特征曲线VG模型参数求解对比研究

采用高速离心机对黏壤土试样进行了水吸力和对应含水量的测量,并分别运用RETC软件和Matlab软件对土壤水分特征曲线VG模型进行了拟合计算,然后将拟合曲线与实测数据进行了对比分析。结果表明:①Matlab和RETC软件都可用于土壤水分特征曲线VG模型的参数求解;②RETC软件较Matlab软件拟合的误差小,拟合效果优于Matlab软件;③Matlab软件对用户的编程能力有一定的要求,具有一定的局限性。

基于Matlab方法确定VG模型参数

根据中国科学院栾城试验站大田土壤剖面所采土样实测土壤负压h和土壤含水率θ实验数据,采用van Genuchten模型来描述土壤水分特征曲线(h-θ曲线),VG模型中的参数利用Matlab非线性拟合函数来确定,通过对四参数模型和三参数模型的比较表明,四参数模型拟合的参数与三参数模型中的参数非常接近,但四参数模型能够更好地拟合实测数据,误差比三参数模型相对较小。且计算值与实测值的残差平方和范数小于0.07%,拟合较好。

基于LH-OAT方法的VG模型参数敏感性分析

通过研究VG模型中参数变化对输出结果的影响,不仅可以提高率定模型参数的效率,而且可以为获取更加可信及稳定的数学模型提供支持。以宁夏中部平原引黄灌区2017年林地田间试验为验证实例,选取了VG模型中11参数进行了全局敏感性分析。对每个参数都进行了全局敏感度的定量计算,依照敏感度大小将它们进行敏感性的分级。结果表明:以Se为输出变量时,参数θsa、αa和na表现极为敏感,而αb、θra、nb和θsb表现较为敏感,但Ksa、Ksb和l的表现却为一般敏感或不敏感;而以K(Sa)为输变量出时,参数θsa表现最为敏感,而αa、na、Ksa表现较高的敏感,但其他参数敏感表现为较弱;对表现比较敏感的参数进行了修正,并将修正后的参数应用于VG模型中,取得了良好的效果,而且所构建的全局敏感性分析方法可有效地提高VG模型参数率定效率,田间普适性较强。

考虑尿素浓度对SWCC影响的VG模型

利用Tempe压力膜仪,进行了不同浓度尿素溶液的土-水特征曲线(SWCC)试验,得出了不同SWCC的Van Genuchten(VG)拟合模型。结合各VG模型,采用线性回归分析,确定了模型中各参数与尿素浓度的关系,进而建立了能够考虑尿素浓度影响的VG模型。所得模型中各参数拟合相关度均较高。由所建模型可知,尿素浓度对参数α影响较小,而对参数n影响较大;浓度越大,参数α越小,而参数n越大。所得结果弥补了其他方法不能考虑尿素浓度对SWCC的影响,对补充和发展SWCC试验和理论具有一定的意义。所建SWCC模型未考虑尿素浓度对溶质吸力的影响,也未开展尿素溶液对土体SWCC影响机理研究;这两方面有待以后的工作进一步研究。

VG模型参数选择对咸水层CO_2封存的影响研究

在使用TOUGH2程序模拟咸水层CO2封存时,常使用VG模型计算岩石表面毛细压力,而岩石表面毛细压力的大小则会直接影响CO2在咸水层中运移形式和储存量。总结了不同类型常见砂泥岩的VG模型参数取值范围,基于松辽盆地典型储盖地质结构特征,运用TOUGH2构建了二维CO2封存模型,设计3组算例对比分析了VG参数取值对咸水层CO2封存的影响。研究结果表明:VG模型参数值大小取决于岩石的性质,TOUGH2使用的VG模型缺省值仅适用于小部分岩石;盖层的3个VG模型参数取值对咸水层CO2封存效果影响很大,单纯微调部分VG参数仍不能提高模拟可信度,而对于高、中渗透率储层,VG模型参数取值对模拟结果影响较小。因此,咸水层CO2封存模拟时,应结合储盖层岩性特征赋VG模型参数值。

Matlab和神经网络法对土壤水分特征曲线VG模型的拟合比较

以山东荣成地区棕壤、风沙土为对象,测定分析土壤剖面不同层次的容重、质地、有机质含量、水势和含水量等状况;运用Matlab软件和神经网络法对土壤水分特征曲线van-Genuchten(简称VG)模型进行拟合,将2种拟合结果与实测数据进行对比分析。结果表明,研究土壤不同土层含水量均随着水吸力的增加呈"快速下降-缓慢下降-基本平稳"的变化趋势;由于受到土壤颗粒组成、容重等物理因素和有机质含量差异的影响,棕壤和风沙土不同土层的饱和含水量和残留含水量差异较大,其中棕壤60～70 cm和风沙土10～20 cm的土壤残留含水量最大;Matlab软件拟合的残差平方和比神经网络预测方法低几个数量级,说明采用Matlab对水分特征曲线VG模型拟合精度高,拟合效果较好。

基于VG模型确定土水特征曲线基本参数

土水特征曲线基本参数(进气值、残余吸力值和反弯点的斜率等)在非饱和土的强度理论、渗流理论以及体变特性等方面都是非常重要的参数,常常通过传统画图法来确定,其精确度难以保证。以洛川标准剖面4层原状黄土为研究对象,基于VG模型提出单峰和双峰SWCC基本参数的确定方法;采用滤纸法测得SWCC数据点,基于VG模型进行最优化拟合,获取拟合参数,利用单峰和双峰SWCC数据点验证该方法的可行性;进行自然状态下的水分蒸发试验,根据质量含水率与蒸发时间的关系确定蒸发残余饱和度Srzf,依据Sr1、Sr2(Sr1和Sr2分别由确定残余状态的两种方法得到)与Srzf的相对误差值,比较了两种确定残余状态的方法。结果表明:对于单峰和双峰SWCC曲线,该方法都可以得到合理的基本参数并有效地确定其残余状态。

基于VG模型的生物有机肥对土壤水分特性的影响

土壤水分特性受土壤质地、结构、有机质、容重等因素的影响较大。为更好地了解施用生物有机肥培养的土壤水分特性,通过对室内培养的土壤进行测定,分析不同容重下不同肥料处理对土壤含水量、水分常数以及水分有效性的影响,并利用VG模型进行参数求解。结果表明：VG模型能较好拟合土壤水分特征曲线;在相同容重不同处理条件下,施加EM（effective microorganisms,有效微生物群）有机肥的土壤含水量最大,其次是施加土壤改良剂,最小的是不加任何试剂;在施加EM原液处理中,随着EM原液稀释浓度的增加,土壤含水量有不断增大的趋势;在相同处理不同容重条件下,随着容重的增大,土壤持水性和土壤水分有效性不断降低。

土壤水分特征曲线模型参数识别的多邻域粒子群算法

Van Genuchten模型(简称VG模型)是目前运用最为广泛的土壤水分特征曲线模型,提出适宜的优化算法进行模型参数识别也是一个非常重要的研究方向。针对标准的粒子群算法易陷入局部最优的缺点,给出了一种多邻域粒子群算法,可以有效地克服粒子群算法易陷入局部最优的缺点,并利用该算法对VG模型参数进行识别,最后用所求解的参数对不同类型土壤持水性能进行了试验。数值实验结果表明,多邻域粒子群算法能够有效地应用于VG模型的参数识别,与其它算法相比在性能和精度上都有所提高,而且对参数的取值范围也可以较大地放宽。因此,多邻域粒子群算法可以作为VG模型参数识别的一种新方法。

三种模型在浙江省土石坝填筑土土水特征曲线中适用性研究

土石坝是由饱和与非饱和渗流区组成的统一体,渗流问题是影响土石坝运行安全的关键因素之一.土水特征曲线(SWCC)是非饱和渗流数值模拟的重要基础.浙江省土石坝众多,对其填筑土持水性研究具有重要意义.确定一个合适的模型来描述填筑土的SWCC是研究的基础.通过压力板仪,对3种浙江省土石坝典型填筑土进行持水试验,选取VG、FX和MX模型对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行分析.结果表明,VG模型并不适用于土石坝填筑土,FX和MK模型均取得了较好的效果,FX模型在适用性和普遍性上更好.

塔里木沙漠公路防护林土壤水分特征曲线模型分析与比较

应用压力膜仪对塔里木沙漠公路防护林地0-150 cm范围的土层进行土壤水分特征曲线的脱水试验,并选取Gardner模型和VG模型对实测数据进行了拟合分析与比较。结果表明：（1）实测的土壤水分特征曲线可准确地反映土壤结构的差异性,各土层的曲线特征与其基本物理性质一一对应,即容重较小、粉粘粒含量较多的土层其持水性较强,饱和含水率和凋萎含水率也较高;物理性差异小的土层间,其土壤水力性质接近。（2）由VG模型得到的土壤饱和含水率均值为0.429 cm3·cm-3,凋萎含水率均值为0.040 cm3·cm-3。由Gardner模型得到的各土层由于各层的物理性状差异造成持水性由强到弱,依次为0-5 cm,40-60 cm,100-150 cm,60-100 cm,5-40 cm;土壤易效水与难效水的平均临界点水势值为1.5×105Pa,均值凋萎含水率对应的水势值为15.0×105Pa。以上结果均较符合砂质土地的实际情况。（3）两种模型均可用于拟合防护林沙质土的土壤水分特征曲线,但VG模型在低吸力段的拟合精度较高,Gardner模型在中吸力段的拟合精度稍高,整体上,VG模型的模拟效果优于Gardner模型。旨在揭示高矿化度咸水滴灌条件下塔里木沙漠公路防护林不同土层的土壤水分曲线特征及其最优拟合模型,为之后开展区域水盐运移数值模拟等研究提供理论依据。

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。

空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型研究

多维饱和-非饱和流方程离散后生成的系数矩阵中常存在零系数,这将影响求解过程中的存储空间和计算效率。合理的系数矩阵优化方法既能保证模拟精度,又能提高模型在大规模网格单元中的计算效率及通用性。文章在多维饱和-非饱和流有限差分法基础上,预先记录不同方向上有效单元间的连接关系,避免了零系数的计算和存储,并结合矩阵标识法建立了空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型。通过模拟地下水位起涨、渗流面排水等四个经典案例及田间三场长历时小雨入渗过程,验证了该模型的模拟精度及计算效率。对比结果表明:该模型在多维度、不同边界条件(包括天然降雨、渗流面等)下的模拟精度与Hydrus、VSF等成熟软件相当,计算效率略低于Hydrus软件。田间模拟结果表明:VG模型中的参数n敏感性最强,需优先率定;因模型中尚未考虑大孔隙流影响,各层土壤水分响应时间滞后于实测过程;三场降雨计算时段末期,超过80%的入渗水量仍滞蓄在表层40 cm的土壤中,仅有约4%~12%的水量已转化为潜水。本文模型有望成为传统多维饱和-非饱和流模型的重要补充。

养老金入市的风险控制VAR模型的修正

本文围绕养老金投资股市的市场风险评价和市场风险控制,分析传统市场风险控制模型VAR的不足及技术瓶颈,在考虑养老金投资股市的特殊性的基础上对其进行修正和改进,提出准确性和适应性更强的VG-GARCH-VAR模型,并结合压力测试对未来构建养老金投资股市市场风险分析与控制体系给出方向性建议。

季冻区路基非饱和土全吸力范围渗透规律研究

冻融作用下非饱和土体渗透性的变化不仅受冻结负温、冻融次数等因素影响,试样的吸力大小也会影响土体渗透性的变化。为探究冻融循环和吸力作用下土体渗透系数的演化规律,将经历不同冻融循环次数的试件利用两种方式控制吸力,从而建立全吸力土-水特征曲线进行VG模型拟合,借助戈德纳经验公式计算全吸力条件下经历不同冻融次数的渗透系数变化规律。结果表明:全吸力土-水特征曲线随冻融循环次数的增加逐渐降低;通过研究发现在低吸力阶段渗透系数随吸力的变化有明显的分阶段性;同吸力下渗透系数随冻融次数的改变与孔隙率的改变呈现正相关;渗透系数的取值范围随冻融循环次数的增加逐渐增加,在3次冻融之后变化不明显。

田间土壤水分特征曲线参数反演

针对非饱和土壤水分特征曲线传统测定手段耗时长、成本高且精度存在明显不确定性等问题,研究了土壤水分特征曲线参数估计的数值反演方法,建立了数值反演计算的数学模型,提出了反演计算方法,并将反演结果与室内试验数据进行了比较,同时采用田间实测数据进行了验证.结果表明,此反演计算方法推求的土壤水分特征曲线参数与试验实测值具有很好的一致性,可以用于田间复杂情况下参数的推求.

北京顺义地区典型农田土壤水分特征曲线测定与分析

利用离心机测定北京顺义地区典型农田土壤的含水量及其对应负压值,采用van Genuchten(1980)模型进行了土壤水分特征曲线拟合。根据农田土壤物理特性参数测定的数据,比较了不同质地、不同种植条件、不同深度的土壤特征曲线的特征。结果表明,土壤质地及种植条件等对原状土的土壤水分特征曲线有显著影响。

再生水灌溉对红壤水力特性的影响

再生水长时间灌溉是诱发土壤水力特性演变的关键因素之一。该文采用再生水原液(reclaimedwater,RW)以及再生水原液稀释2倍(RW-2)、4倍(RW-4)、6倍(RW-6)等4种不同浓度再生水水源,设置再生水连续灌溉与再生水-蒸馏水交替灌溉(ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6)2种灌溉模式,以蒸馏水连续灌溉(CK)为对照,持续对第四纪红壤进行干湿循环模拟灌溉,直到土壤入渗趋于稳定为止。采用压力膜仪法测定各灌溉处理后的土壤水分特征曲线,选择van Genuchten(VG)模型对其参数提取,分析了红壤水力特性的演变特征及其参数影响。结果表明:再生水灌溉显著影响了红壤的持水特性,促使红壤孔隙大小、数量及其分布发生演变,该变化规律与再生水水质浓度、灌溉模式关系密切。与CK相比,再生水连续灌溉模式RW、RW-2、RW-4、RW-6处理下,红壤有效水分别提高了5.4%、3.6%、14.6%、-8.1%;再生水-蒸馏水交替灌溉模式ARW、ARW-2、ARW-4、ARW-6处理下,红壤有效水分别降低了9.9%、23.3%、26.5%、16.9%。与CK相比,连续灌溉对红壤水力传导性无显著影响;而交替灌溉则影响显著,其土壤非饱和导水率、水分扩散度大体表现为CK>ARW-6■ARW-4>ARW>ARW-2。再生水灌溉对VG模型参数θs’、θr’、α、n均有显著影响;再生水的pH值、电导率及钠吸附比均与红壤有效水存在显著的相关性。该研究结果对红壤地区再生水长期灌溉利用风险评估提供了一定理论基础和技术支撑。