基于强降雨下边坡地下水暂态渗流场模拟途径研究

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1、国内图书分类号：TV139.14学校代码：10213国际图书分类号：626.8密级：公开工学硕士学位论文强降雨下边坡地下水暂态渗流场模拟途径研究硕士研究生：黄满强导师：凌贤长教授申请学位：工学硕士学科：岩土工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TV139.14U.D.C:626.8DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringGROUNDWATERTRANSIENTSEEPAGEFIELDSIMULATIONSUBJECTEDTOHEAVYRAINFA

2、LLCandidate：HuangManqiangSupervisor：Prof.LingXianzhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：GeotechnicalEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要降雨诱发滑坡的机理，可根溯为降雨导致边坡体

3、暂态渗流场的变化，进而引起边坡系统基质吸力场、土体容重场及地下动水压力场的改变，从而影响边坡的稳定性。对由降雨引起的边坡地下水暂态渗流场的模拟，在分析与评价边坡稳定性及滑坡灾害的预测预防方面具有重要意义。目前，国内外对饱和-非饱和渗流的相关理论和数值模拟的研究还不够深入，尤其在强降雨条件下，对水分的入渗过程以及渗流场影响因素分析的研究还不够全面和系统。因此，开展强降雨下边坡地下水暂态渗流场的数值模拟十分必要。本文运用Darcy定律与质量守恒定律推导出饱和-非饱和渗流控制微分方程，运用有限元法编程实现渗流场的数值解，从而建立起降雨条件下饱和-非饱和边坡暂态渗流场的数值

4、模拟途径。并模拟了强降雨下的水分入渗过程，对渗流场的影响因素作了参数分析。主要内容如下：(1)利用Fortran语言在现有程序基础上修编出了饱和-非饱和渗流计算程序SAT-UNSAT，通过典型的土柱模型和砂槽排水模型试验验证了程序的正确性、可靠性；并利用自编程序优选土水特征曲线和渗透性函数参数，增强了模拟结果的准确性；(2)运用SAT-UNSAT渗流程序，模拟了强降雨条件下的水分入渗过程，得出雨水入渗的一般规律为：强降雨开始后，土表压力水头先增大并迅速增加到零，地表出现暂态饱和区，随降雨时间的持续，饱和区不断扩大，湿润锋向土体下部推移，当湿润锋达到地下水位时，雨水开

5、始补给地下水位，使地下水位开始抬升，且当地下水位较浅时，地下水位将溢出地表；(3)研究了降雨强度、降雨持时、渗透系数、地下水位、初始含水量、地表积水和斜坡保护层入渗率七种典型因素对渗流场的影响，得出如下结论：降雨强度、降雨持时、渗透系数是影响渗流场的三大因素，此三大因素越大，边坡体中压力水头增加越大、入渗深度越深、含水量升高越高。地下水位越浅在雨后水位越容易溢出地表。初始含水量越高和地表积水越深越利于雨水的入渗。斜坡保护层能大大减低水分的入渗，保护层入渗率越低雨水入渗越弱。关键词：暂态渗流场；饱和-非饱和；强降雨；土水特征曲线；渗透性函数；压力水头I哈尔滨工业大学工

6、学硕士学位论文AbstractThemechanismofrainfall-inducedlandslidescanbetracedtothechangeoftheslope’stransientseepagefieldwhichcausedbyrainfall,itwilleffectthematricsuctionfield,soilbulkdensityfieldandundergrounddynamicwaterpressurefieldandfinallymayinfluencethestabilityoftheslope.Soitissignifican

7、ttosimulateundergroundwater’stansientseepagefieldsubjectedtorainfallforanalysisandevaluationtheslope’sstabilityandpredictionorpreventingtheinstability.Atpresent,athomeandabroad,researchesontheoriseandnumericalsimulationofsaturated-unsaturatedinfiltrationarenotenough,especiallythestud