渗流分析中基于Signorini变分不等式结合杆单元法的排水孔模拟

在水利水电工程中,排水孔幕是一项至关重要的渗控措施,而在数值模拟过程中排水孔模拟的准确性对工程的设计与安全有直接影响。利用有限元方法中含自适应罚函数的椭圆形Signorini变分不等式方法,结合在工程实践中运用广泛的杆单元法,对含排水孔的稳定渗流问题进行模拟。并基于若干个简单渗流算例与小湾工程实例,将计算结果进行对比分析。研究表明:排水孔周边均形成降落漏斗,模拟的排水孔均发挥了排水降压的效用;将算例计算结果与空气单元法模拟相同过程的结果进行对比,准确性较好;将小湾工程实例渗流场计算结果与工程监测资料进行对比,偏差较小,进一步证明了所提出方法的准确性与可靠性。为解决含有复杂排水结构的岩土体的三维渗流问题提供了一种可行方案。     

强降雨条件下坝肩边坡抗滑稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流理论和非饱和土强度理论,建立降雨条件下边坡稳定性分析有限元数值模拟模型,研究考虑强降雨条件下渗流场变化导致饱和区渗透力变化而影响边坡稳定性的强度折减分析法。将此方法应用于广东省乐昌峡左岸坝肩边坡,进行降雨过程边坡渗流变化情况及稳定性变化分析。分析结果表明：在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑饱和区渗透力变化的影响,降雨入渗时边坡稳定性将会下降,但由于边坡开挖使得坡角较为平坦,而且上层强风化层的渗透系数较低,故此时边坡仍然处于稳定状态。     

牙根二级水电站坝区渗流场分析与渗控效应评价

牙根二级水电站坝址区河谷狭窄,岸坡陡峻,地质条件复杂。水库蓄水后,坝体、坝基及两岸绕坝渗流将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一。综合分析地形地貌、地质构造以及防渗排水方案的特点,建立坝区三维有限元模型,采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),结合典型挡水坝段与坝区整体渗流场分析成果,研究了坝区渗流场分布特征,分析了排水孔幕间距以及碾压混凝土层间渗透性对渗流场的影响,并对防渗排水措施的渗流控制效率进行了评价,从而为工程建设提供合理的建议。研究表明,坝区渗流控制措施布置合理,防渗排水效果显著;排水孔幕的布置对坝基扬压力起控制性作用;碾压混凝土渗流特性的各向异性对大坝渗流自由面的性态有显著影响。     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

三维饱和-非饱和瞬态渗流的ANSYS模拟

利用ANSYS热分析模块进行三维饱和-非饱和瞬态渗流分析.提出了适用于ANSYS非饱和瞬态渗流的迭代算法和动边界处理技术,在初始迭代步中,将逸出面作未知边界处理,而在后续迭代步中通过计算边界流通量修改边界条件.给出了容水度计算的修正公式,根据每次迭代的渗流场结果不断修正介质相对透水率和容水度,并自动调整时间步长.采用ANSYS二次开发平台APDL语言编制三维饱和非饱和非稳定渗流程序,公开了程序的部分代码.最后通过算例分析验证了程序的正确性.     

间歇供水条件下考虑土壤水滞后作用的水分入渗数值模拟

本文对间歇供水条件下土壤入渗过程进行了试验研究，采用数值模拟方法描述了考虑土壤水滞后的水分入渗过程。结果表明文中使用的确定性模型虽能较好地模拟土壤水分状况改变对入渗率的影响，却无法反映表层土壤物理性能变化对入渗的作用。当利用一维垂向非饱和土壤水运动模型来描述间歇供水条件下的土壤入渗分布过程时，应改进模拟技术使之能包容后者的影响。     

长期干旱条件下不同坡度松散堆积体的降雨影响研究

针对近年来我国西南出现的大范围长期干旱-强降雨的现象,考虑长期干旱造成的松散堆积体表层裂缝发育,基于饱和-非饱和渗流理论,通过有限元方法,利用Geo-studio软件中的seep/w模块对降雨入渗过程进行模拟,然后基于暂态渗流场利用slope/w模块进行边坡稳定性分析,研究了坡体在一定表层裂缝发育情况、降雨强度等因素下不同边坡坡比(1∶1、1∶1.2、1∶1.4)对松散堆积体边坡稳定性的影响。结果表明:边坡坡比越大,降雨对其稳定性影响越大,对其稳定性越不利,其计算过程中及最终最小安全系数降幅均越小。针对长期干旱-强降雨条件下的松散堆积体边坡,提出了相应的应对措施,可为此类条件下的边坡设计提供参考。     

用h方程计算饱和—非饱和土壤水入渗问题的一种加速收敛方法

阐述了计算土壤水入渗情况下θ方程和ｈ方程的适用条件及其优缺点,讨论了用ｈ方程计算饱和－非饱和土壤水入渗时的收敛问题。在计算过程中,当ｈ〈ｈ－ｈｐ时,可令ｈ＝０,即认为土壤已经饱和。这种处理处理,即满足计算精度,又加快了收敛速度。论文还通过一个实例说明ｈｐ如何确定。     

半干旱巨厚包气带区污染物运移模拟研究

污染物在巨厚包气带中的最大入渗量、运移时间及过程,对于地下水污染防治与监测具有重要意义。而包气带水分、溶质模拟可以提供水分的最大入渗量及入渗时间,是将包气带-饱和带结合起来实现对污染物运移全过程刻画的基础。本文以我国半干旱黄土塬巨厚包气带地区为试验点(厚度达80m),进行了野外包气带取样和包气带水分、溶质模拟。结果表明在上边界近饱和情况下水分入渗量可达10m/a,经过1.59年污染物可进入饱和带。该数值可作为地下水模拟预测的基础。建议今后地下水环境影响评价中应重视包气带的采样与模拟以确定污染物入渗量及入渗时间。     

泰安棕壤土不同土地利用类型饱和导水率比较

为了分析土地利用类型对土壤饱和导水率的影响,利用单环入渗概化解法对泰安棕壤土草地、麦地、果树行间裸地3种土地利用类型饱和导水率进行研究.结果表明:草地、麦地、果树行间裸地的饱和导水率、入渗速率以及累计入渗量呈现依次降低的变化趋势.随着时间的增加,累计入渗量不断增加,试验时间120 min内,草地累计入渗量最大,数值为78.564 cm;麦地入渗量次之,数值为67.609 cm;果树行间裸地入渗量最小,数值为30.082 cm.利用实测累计入渗量与观测时间的拟合关系,得到3种土地利用类型累计入渗量的表达式,对累计入渗量进行估算,草地、麦地、果树行间裸地累计入渗量计算值与实测值相对误差分别在6,8,7 min后波动在5%以内,在15,52,56 min后波动在1%以内,同时推求了草地、麦地和果树行间裸地3种不同土地利用类型下的土壤饱和导水率K_s分别为0.073 1,0.032 9,0.015 8,以期为不同土地利用类型对原状土饱和导水率的影响研究提供参考.     

渠道渗漏量的试验及分析方法

应用静水入渗试验、双环入渗试验和渠道引水条件下附近地下水位变化的观测分析及理论公式的模拟计算,对渠道自由渗漏情况下的渗漏量和渠中水深关系进行了综合分析,并对点测渗仪试验方法进行了初步探讨和评价。     

非饱和土壤有压和无压入渗稳定入渗率间的关系研究

基于非饱和土壤有压和无压入渗试验,分析了土壤有压积水入渗与无压入渗相对稳定入渗率之间的数量关系。结果表明,同一土壤质地条件下,非饱和土壤有压积水入渗的相对稳定入渗率随入渗水头的增加而增大,它们之间呈线性关系;土壤水动力学理论和试验数据都证明了土壤有压和无压入渗相对稳定入渗率间存在确定的数量关系。研究结果可为非饱和土渠床渗漏损失水量的数值模型计算提供依据。     

Groundwater modelling to assess the effect of interceptor drainage and lining

Recharge to the aquifer through seepage from irrigation canals is often quoted as one of the main causes for waterlogging in Pakistan. In the design of drainage systems to control this waterlogging, rules-of-thumb are often used to quantify the seepage from canals. This paper presents the option to use a groundwater model for a more detailed assessment. Groundwater models may assist in evaluating the effect of recharge reducing measures such as interceptor drains along irrigation canals and lining. These measures are commonly aimed at reducing the drainage requirement of adjacent agricultural lands. In this paper an example is given of the application of a numerical groundwater model, aimed at assessing the effect of interceptor drainage and canal lining in the Fordwah Eastern Sadiqia project, being a typical and well-monitored location in Pakistan. The paper also presents references to other conditions. The model was used to obtain a better insight in the key hydraulic parameters, such as the infiltration resistance of the bed and slopes of irrigation canals, the drain entry resistance of interceptor drains and the hydraulic conductivity of soil layers. The model was applied to assess the effectiveness and efficiency of interceptor drains under various conditions. The results of the study show that the net percentage of intercepted seepage is too low to have a significant effect on the drainage requirement of the adjacent agricultural lands. Besides, the operation of the system, with pumping required, is often an added headache for the institution responsible for operation of the system. The marginal effect of interceptor drains and lining on the drainage requirement of adjacent agricultural land does not always justify the large investments involved. It can be concluded that:

运动场地负压快速排水的机理与应用

从非饱和渗流的微分方程出发 ,推导出运动场负压快速排水的机理 ,再结合广东省惠州超能双语学校足球训练场的应用实例 ,对排水系统在场地结构、管网布置、负压真空等技术环节上给予阐述     

不同硝酸钾溶液浓度对垂直一维入渗特性影响研究

通过室内不同浓度溶液的垂直一维入渗试验,分析了不同浓度碳酸钾溶液影响下的湿润锋和累积入渗量的变化规律以及土壤含水量和硝态氮浓度的分布规律,由不同浓度溶液累积入渗量,依据GREEN-AMPT入渗模型,反推出湿润锋面平均吸力和饱和导水率,结果表明增大溶液浓度提高了垂直一维入渗的饱和导水率,但减小了湿润锋面的平均吸力,溶液浓度通过影响湿润体的饱和导水率和湿润锋面的平均吸力来影响入渗量,二者的综合作用是增大了入渗量。     

阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数计算及影响因素分析

【目的】准确获取阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数,对该区灌溉入渗补给系数的影响因素进行分析,为绿洲带高强度人工灌溉模式下地表水地下水转化机理研究,提高研究区地下水数值模拟精度提供基础。【方法】选取阿克苏下游区不同灌溉制度、包气带厚度、土壤结构下代表性点进行野外取样及室内灌溉试验,并结合Hydrus-1d进行包气带水流数值模拟,通过改变灌溉制度、包气带厚度,应用Hydrus-1d模型计算该土壤结构下的灌溉入渗补给系数变化。在模型计算结果的基础上,首先分析灌溉制度、包气带厚度与灌溉入渗补给系数的关系;其后重点利用模型计算结合数理统计的方法分析土壤结构中影响灌溉入渗补给系数的主要因素。【结果】研究区内滴灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.320～0.474;畦灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.408～0.561,即不同灌溉制度下灌溉入渗补给系数不同;而伴随包气带厚度增大,灌溉入渗补给系数也随之减小;土壤结构对灌溉入渗补给的主要影响因素为土壤渗透系数、土壤体积质量、土壤初始含水率。【结论】根据室内试验结合数值模型计算出不同灌溉制度下的灌溉入渗补给系数变化范围,得出灌溉入渗补给系数的影响因素为灌溉制度、包气带厚度和反映土壤结构的土壤渗透系数、土壤体积质量及土壤初始含水率,为干旱区下游区灌溉入渗补给系数选取及后续研究提供理论依据。     

基于Modflow-Hydrus耦合模型的改良盐碱土水平井排水效果分析

为了提高盐碱土改良水平,确定科学合理的灌排工程设计方案,建立饱和-非饱和土壤水分运移Modflow-Hydrus耦合模型,对试验区不同情景水平井的排水效果进行模拟分析.结果表明:当地下水位埋深较小时,季节变化对地下水综合补给强度有明显影响,当地下水位埋深大于6 m,不同时段地下水综合补给强度均趋于常数,当地下水位埋深较大时,通过厚层包气带的降水补给均匀;断续排水时单个水平井400 m控制范围内,潜水位显著下降,具有良好的疏干效果,降深与水平井的年抽水强度成正相关;天然环境条件下,区内降水入渗补给和潜水蒸发保持平衡,以试验区中心向外扩展,排水试验有效改善8倍试验区面积范围内降水入渗-潜水蒸发环境,使包气带土壤水分进入饱水带,潜水水位呈下降趋势.研究成果为盐碱土壤改良的水平井施工设计提供理论参考.     

河套灌区渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响

【目的】探究渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响及其变化规律。【方法】以河套灌区典型斗渠规模的渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响为对象,采用水位下降静水法入渗试验,分析了渠道水深对累积入渗量、入渗率、渗漏强度的影响。【结果】(1)在同一渠道水深条件下,土壤累积入渗量随着渗漏用时的延长而增加;土壤入渗率和渠道渗漏强度均随渗漏用时逐渐减小并最终趋于稳定。(2)不同渠道水深条件下土壤累积入渗量、土壤入渗率和渠道渗漏强度均呈现出随水深的增加而增大的趋势。(3)在渠道水深作用下渠床土壤含水率动态分布受基质势梯度、土壤导水率及湿周的影响较大。【结论】渠道水深对渠床土壤入渗特性中的累积入渗量、入渗率、渗漏强度及渠床土壤含水率动态分布均有较大影响,且前三者均随水深的增加而呈现指数规律增大,并且在不同渠道水深的相近入渗特性下最优水深为70 cm。