降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象,采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知,数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象,包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明：1)由于2个土层的透水系数有所差异,水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始,逐渐延伸至坡顶,最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下,边坡滑动的规模相对较小。     

PE微塑料对土壤水分入渗的影响及入渗模型适宜性评价

为探究微塑料对土壤水分入渗过程的影响,通过室内土柱模拟试验,设置5组微塑料添加处理(0,1,2,4,6g/kg),研究了不同微塑料含量对湿润锋运移和累积入渗量的影响,并进一步评价了主要入渗模型在微塑料污染土壤中的适用性.结果表明,湿润锋运移速率随着微塑料含量的增加呈现出先减小后增加的特征,当含量达到T2时(微塑料含量2...     

非饱和带柴油入渗实验研究及HSSM模拟

通过土柱模拟实验研究了柴油在不同含水率、不同粒径砂土中的入渗及残留特征,并采用HSSM(Hydrocarbon Spill Screening Model)模拟了柴油在含水率为6%中砂介质中的入渗过程.结果表明:随着介质含水率增加,柴油在介质中湿润锋推进速度先增大后减小,最快速度对应含水率处于相应介质最大残余含水率40%~50%范围内,残余柴油量随介质含水率增大而减小.在细砂、中砂和粗砂3种介质,柴油入渗平均湿润锋推进速度分别为0.42,0.52,0.73cm/min;平均残余柴油量分别为98.10,68.70,48.79mL. 湿润锋推进速度及残余柴油量均与介质粒径呈负相关.HSSM拟合柴油在含水率为6%中砂介质中的湿润锋推进速度为0.5832cm/min,与实验值0.5689cm/min相比,相对误差为2.51%.HSSM能较好的模拟柴油在非饱和带入渗过程,对于土壤及地下水污染预报具有重要意义.     

黄土丘陵区不同土地利用类型下生物土壤结皮的入渗效应

为揭示黄土丘陵区BSCs(生物土壤结皮)的入渗特征,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,选择荒草地、沙棘灌丛和油松林3种典型土地利用类型进行采样,采用环刀模拟法研究不同土地利用类型下苔藓结皮和地衣结皮对水分入渗的影响. 结果表明:①不同土地利用类型下的2种BSCs均明显减少初渗速率和达到稳渗所需时间,初渗速率降幅最小值、最大值分别出现在油松林、荒草地下地衣结皮;荒草地、沙棘灌丛苔藓结皮稳渗速率相对裸土分别增加2.4%、10.0%,而二者地衣结皮明显降低稳渗速率,降幅分别为45.2%和55.0%,油松林下苔藓结皮和地衣结皮稳渗速率均增幅为18.2%. ②苔藓结皮在3种土地利用类型下均促进土壤水分入渗,其入渗量调控率在荒草地、沙棘灌丛和油松林下分别是1.0%、10.0%和0.7%;而地衣结皮在荒草地和沙棘灌丛下明显阻碍水分入渗,其入渗量调控率的绝对值分别为43.9%和50.0%,在油松林下的入渗量调控率则为16.5%. ③Horton模型对生物土壤结皮入渗过程拟合效果最好,较适于描述本区具有生物结皮覆盖的土壤入渗特征.      

华南滨海小流域降雨入渗对地下水的补给分析

以华南滨海小流域——中山大学滨海水循环试验基地(试验基地)作为研究区,在对该流域地下水和雨水分别进行采样、实验分析的基础上,利用氯量平衡法(CMB)与地下水动态法计算了该流域的降雨入渗补给系数与给水度。研究发现,试验基地地下水主要受降雨补给,地下水埋深在雨季(4—9月)、旱季(10—3月)的变动范围大致为0～1.5 m与0～0.5 m。根据CMB计算结果,补给区、中间区雨季降雨入渗补给系数分别为旱季的1.3～1.6倍和1.3～2.0倍,且补给区大于中间区(M5井除外)。利用地下水动态法计算次降雨入渗补给系数,所得雨季、旱季的均值(7.6%和4.6%)与CMB计算结果(7.7%和5.3%)较为接近。给水度、雨强与入渗补给系数均存在一定的线性关系。将地下水埋深分别与降雨入渗补给量及潜水蒸发量进行多项式拟合对比,发现降雨入渗对地下水的最大入渗补给埋深约为2.3 m,当埋深为3.1 m时,地下水可获得最大净补给量。     

太行山区典型植被对土壤水势动态的影响研究

植被对土壤水动态的影响研究对认识水循环机理和合理确定土地利用方式具有重要作用。论文以崇陵实验流域为研究对象,利用负压计对太行山区的3种典型植被荒草、刺槐和侧柏覆被下的土壤水势进行观测。通过土壤水势的动态变化可以看出,土壤水势在年内存在明显的季节变化,土壤水势在3~6月缓慢下降,7~8月波动上升,9~10月下降,且3种植被在丰水年的土壤水势差异大于枯水年。从土壤水势剖面可以看出,荒草地土壤水蒸散发消耗集中在0~50cm土层,刺槐林地在0~90cm都有较大水分消耗,侧柏林地在整个土壤剖面上具有较小的水分消耗。通过降水后土壤水势的变化可以看出,刺槐林地土壤对降水入渗的反应时间最快,侧柏林地土壤在雨后的持水性最好。     

焦作市某赤泥堆放场周围地下水水质评价

焦作市某赤泥堆放场一期工程采用了在堆放场底部铺设赤泥加石灰垫层和防渗膜的工程防渗处理措施.基于其防渗处理现状,文章探讨了该区域地下水对赤泥冲灰水的日最大允许入渗量,和赤泥冲灰水的实际日渗透量.评价了该防渗处理措施的可行性和在地下水日活动量稳定的状况下,该赤泥堆放场对周围地下水的影响.结果表明:将赤泥加石灰垫层用作防渗的措施值得大力推广;该堆放场在使用年限内不会对周围区域地下水水质造成太大的影响.     

辽宁东部山区几种主要森林植被类型土壤渗透性能研究

沿辽河水系设置临时标准地 ,对辽宁东部山区具有代表性的油松林、落叶松林、红松林、柞木林、杂木林及灌丛 6种植被类型的土壤水分的入渗性能进行了研究。结果表明 ,辽东山区 6种植被类型下土壤都表现出较强的渗透性能。A层的初始入渗率 (f0 /mm·min- 1) 1 2 .8～ 6 1 .1 ,平均值为 38.7,B层 1 6 .8～4 1 .7,平均值为 2 7.0 ,C层 2 9.2～ 38.2 ,平均值为 2 4 .4 ;A层的稳定入渗率 (fc/mm·min- 1) 2 .6～ 4 .2 ,平均值为 3.5 ,B层 2 .2～ 4 .1 ,平均值为 2 .9,C层 1 .1～ 3.3,平均值为 2 .2 ;A层的饱和导水率 (k10 /mm·min- 1)1 .5 3～ 2 .2 3,平均值为 1 .86 ,B层 0 .77～ 2 .0 5 ,平均值为 1 .2 7,C层 0 .5 0～ 1 .2 8,平均值为 0 .79。不同植被类型下不同土壤发生层次的入渗能力差异显著 :一般地 ,阔叶林下土壤的入渗性能明显好于针叶林 ,榛丛下土壤也表现出很好的渗透性能 ;不同土层入渗性能大小为A层 >B层 >C层。林龄差异在 2个龄级以上时 ,林龄越大 ,土壤初渗性能越好。用Horton方程拟合土壤饱和渗透过程 ,模拟结果与实测结果相近。     

降雨条件下黄土斜坡的入渗特征分析

为研究黄土斜坡的降雨入渗规律和降雨诱发黄土滑坡的机理,在宁夏西吉县一黄土斜坡建立了监测站,在斜坡上部开挖探井并安装了土壤水分计观测土壤含水率,在探井附近安装了小型气象站,观测气温、降雨量、蒸发量。通过现场观测数据分析了气象条件对土壤含水率的影响,以及雨水在黄土斜坡中的入渗规律。使用SEEP/W软件分析了完整黄土斜坡和有裂隙黄土斜坡在临界降雨条件下的孔隙水压力分布,以及斜坡孔隙水压力随深度的变化规律。结果表明,深度1 m以内的土壤含水率变化受蒸发量与降雨量的影响显著,深度越大,土壤含水率的变化曲线越平缓。强度大于19 mm/d的降雨才会引起土壤含水率的骤增,且土壤含水率变化比降雨延迟48 h左右。斜坡表面发育的裂隙是雨水进入斜坡体内部的主要通道。降雨会在有裂隙的斜坡内部形成饱和区,使土体抗剪强度降低,饱和渗流会增加斜坡下滑力,这些作用使黄土斜坡发生滑动。现场监测研究得出了研究区滑坡临界降雨量的参考值,提出斜坡裂隙是降雨诱发黄土滑坡的重要因素。     

小降雨入渗的非饱和土边坡稳定性计算方法研究

降雨易导致非饱和土边坡稳定性降低甚至失稳破坏,研究降雨作用下非饱和土边坡稳定性具有一定意义。在考虑降雨强度较小且持续时间较长的情况下,将Richards非饱和土渗流方程应用到斜坡降雨入渗分析中,通过坐标变换、吸力水头分布假设,并结合土-水特征曲线,推导出降雨入渗条件下斜坡基质吸力分布解析解;在此基础上,将斜坡降雨解析函数引入到传统Sarma法中,进而对滑坡土条进行受力分析,得出当地下水位高于潜在滑面、地下水位与潜在滑面重合和地下水位在潜在滑面之下时,斜坡稳定性系数的求解公式;最后利用推导出的公式对实际问题进行求解与验证。结果表明:当降雨强度为0时,基质吸力最大,斜坡稳定性最大;随着降雨强度的增大,斜坡稳定性逐渐降低;当降雨强度等于饱和渗透系数时,斜坡稳定性最小,且稳定性比不考虑降雨时减小了12.8%;工程实例应用显示该方法对于计算持续小降雨状况下的斜坡稳定性是可行的。