基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.     

基于有限元法的大坝渗流分析

通过渗流方程与热方程的对比分析发现,二者具有相似的理论基础、相似的微分方程及相似的定解条件,因此将ANSYS热分析模块应用于坝体渗流计算.于是论文应用ANSYS软件提供的APDL语言编写了计算程序,并针对具体算例进行渗流分析,确定浸润线的位置,与水利学分段法的计算结果比较,验证了该方法的准确性.     

不同人为管理措施坡面地表微地形变化特征及其对渗流的响应

探究不同人为管理措施坡耕地地表微地形变化特征,阐明地表微地形变化对渗流响应,以期为紫色土坡耕地水土流失的有效防治与人为管理措施的合理布设提供科学依据。以平整坡面、穴播坡面和垄作坡面为研究对象,基于室内人工模拟渗流试验,开展5°和15°紫色土坡面微地形变化特征研究。结果表明：(1)渗流试验前后平整坡面、垄作坡面和穴播坡面微地形半方差函数在0～135°和180°～315°方向上呈中心对称分布,随地表坡度的增加分布范围逐渐缩小,且具有明显的方向性。渗流条件下,平整坡面和穴播坡面微地形各向异性的变化趋势较为一致,而垄作坡面微地形空间变异性较强。(2)渗流条件下,3种人为管理措施坡面高程均集中于-20～0 mm的变化区域,穴播坡面和垄作坡面高程值的分布较平整坡面离散。(3)与5°坡面相比,15°平整坡面地表糙度的变化对渗流的响应更为明显,且糙度变化率呈平整坡面>穴播坡面>垄作坡面;渗流作用下,各坡面中、下坡位地表糙度变幅较大。坡面初始起伏程度越剧烈,微地形对渗流侵蚀作用的骤变响应越明显。地表糙度可作为刻画坡面微地形响应渗流变化的指标,可较好地实现中、下坡位土壤侵蚀—沉积空间分布的表征...     

多元结构抬田饱和-非饱和渗流三维控制数模优化分析

以江西省峡江库区土料实测数据为依据,通过实验获得土料基本物理参数,用Van Genuchten（VG）模型拟合土壤水分特征曲线及非饱和导水率,建立由耕作层、犁底层、防渗层和垫高层组成的抬田多元地基结构。采用饱和—非饱和渗流三维有限元分析方法建立数学模型进行计算,通过数值计算结果与实验模型数据对比,证明该数学模型是合理可靠的。在此基础上,建立数学模型模拟计算各土层不同压实度、不同厚度对抬田渗流的影响。通过模拟分析计算,大幅减小了试验工作量,并得出了可供工程使用的结构参数。     

高堆尾矿坝堆积特性及三维渗流数值分析研究

栗西尾矿坝深钻孔勘探试验指标统计及多种原位测试结果分析表明,高堆尾矿坝深部的干容重指标要显著高于浅部,堆积坝体同一空间位置,同样埋深下干容重指标具有随时间明显增长的规律.提出了高堆尾矿坝稳定性分析中对同一类尾矿材料(如尾中砂、尾粉砂),可按早、中、后期分区统计选取力学指标的观点.采用改进子排水结构法精细模拟尾矿坝密集排水孔,采用减小干区渗透系数的不变网格模拟分析方法处理浸润面之上的虚拟流动,得到更加接近实际的尾矿坝三维渗流数学模型.采用复杂三维渗流控制分析计算程序,反演分析了现状坝高135 m的渗流场、浸润线及渗流量.计算分析结果与勘察剖面地下水位、观测总渗流量比较一致,误差不大于13%.同时表明在辐射井排渗系统作用下,可显著降低尾矿坝体潜水面,因此建立的渗控模型,可以应用于后期加高的计算分析中.     

田间灌溉渠道防渗效果试验研究

研究了渠道防渗材料,衬砌结构形式,伸缩缝填料,施工机具对渠道防渗效果的影响。结果表明,渠道渗漏强度与入渗时间成负指数关系。试验示范区内组装集成的 5种衬砌方案具有显著的防渗效果,U型断面混凝土渠道在斗农渠中值得大力推广,板膜复合结构具有广阔的应用前景,施工机具是提高渠道防渗效果的重要条件。     

渗透动水压力对坝基双斜面深层抗滑稳定的影响分析

大坝高水位蓄水运行期间,坝基渗流通道中会出现很大的渗透动水压力。本研究对坝基岩块透水性低的双斜面深层滑动情况,用等安全系数法,分析了滑动面上的动水压力对坝基稳定的影响。计算结果显示,蓄水位一定时,双滑动面上的动水压力对降低抗滑稳定安全系数的影响很小,稳定分析时可以忽略动水压力。分析中还发现,从不同的角度对抗滑力和滑动力组成做不同的处理,会出现不同的稳定性评判结果。基于此结果,本研究可为进一步完善刚体极限平衡法提供理论参考。     

Estimating the effects of set-aside on water quality: scaling-up of lysimeter studies

Since 1990, agriculture in the five new federal states of Germany has experienced a fundamental structural change. As much as 10 per cent of the 6·2 million ha of previously intensively farmed agricultural land were set-aside abruptly. In the spring of 1991, a lysimeter trial (filled with soils common in the catchment area of the Elbe River), was set up to investigate the impact of set-aside on the water and solute balance. The studies proved that restricting agricultural use in areas previously farmed intensively by converting them into permanent or rotation fallow will result in measurable changes in deep percolation (ground-water recharge) and water quality in less than one year. The results of the lysimeter studies were extrapolated to calculate the effects of set-aside in a catchment area (about 2 500 ha) with similar meteorological and soil conditions. The calculations showed that increasing the area under rotation fallow from 8 to 15 per cent increases the nitrogen load of the stream draining the catchment by about 5 per cent. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

大变形有限元法计算水闸地基稳定性(Ⅱ)——数值算例

在水闸地基整体稳定性研究中,选择弹塑性大变形有限元进行计算。采用Updated Lagrangian法的有限元模型,用Fortran语言编制了相应的计算程序,计算有斜向荷载及渗透力并考虑了土体自重情况下的水闸地基稳定性。结果与弹塑性小变形有限元法对比,说明用弹塑性大变形有限元法计算地基土体稳定是合理和安全的。