非饱和土坡坡面降雨非正交入渗试验研究与数值分析

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1、非饱和土坡坡面降雨非正交入渗试验研究与数值分析ExperimentalResearchesandNumericalAnalysesofNon-orthogonalRainfallInfiltrationonUnsaturatedSoilSlopes学科专业：结构工程研究生：万正义指导教师：王成华教授天津大学建筑工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而

2、使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要非饱和土坡在降雨入渗下的稳定性研究需要确定土体含水率，因此

3、对降雨入渗的规律性及边界条件的研究具有重要的科学意义和实用价值。目前非饱和土坡坡面降雨入渗规律性及机理研究仍不完善，采用的正交边界条件存在缺陷。正交入渗边界对于不同性质的土采用相同的边界处理方法，对于边界条件转化的判别机制不符合非正交入渗实际，导致坡面土体的入渗计算的精度难以保证。在降雨入渗过程中，现有的坡面土体的入渗能力的确定方法具有缺陷，与实际的非正交入渗理论差异较大。为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的入渗规律，探索符合实际的非正交入渗边界条件，本文进行了人工模拟降雨入渗试验，并针对非饱和土坡降雨入渗试验进行数值模拟。研究内容主要分为以下

4、几个方面：（1）在原有室内模拟人工降雨装置的基础上进行改进，进而满足本文试验的要求；（2）对粉质粘土进行室内降雨入渗试验研究及入渗数值模拟，探讨雨强、坡角及孔隙比对降雨入渗规律的影响；（3）设计了室外大型降雨试验装置，并进行非饱和砂土室外坡面降雨入渗试验。对室内和室外非饱和土坡降雨入渗试验进行重点研究，分析得到非饱和粉质粘土和砂土坡面的降雨入渗规律。将试验结果与采用正交入渗边界的数值模拟结果相比较，证明了目前按正交理论处理的入渗边界条件存在的错误之处。非饱和土坡坡面降雨入渗的试验研究表明，对于渗透能力弱的粉质粘土，坡角和雨强的变化对降雨入渗的规

5、律具有显著的影响，而数值模拟中难以反应出其对入渗率的显著影响；对于渗透能力较强的砂土，雨强与饱和渗透系数的相对大小不能作为坡面土体在降雨入渗过程中是否会饱和的判别条件。关键词：非饱和土；非正交入渗；降雨试验装置；坡面；数值模拟ABSTRACTItisofgreatsignificancetostudythestabilityofunsaturatedsoilslopesunderrainfallinfiltration.Forthestudyonthestabilityofunsaturatedsoilslopes,itisnecessaryt

6、oconsiderthesoilmoisturecontent.Researchesontherainfallinfiltrationboundaryconditionsareofimportantpracticalsignificance.Presently,theresearchinthemechanismofrainfallinfiltrationisstillnotperfectandtherainfallinfiltrationboundaryconditionshaveadefect.Fordifferentsoils,orthog

7、onaltheoryofrainfallinfiltrationboundaryconditionsusesthesameboundarytreatmentmethodandthetransformationmechanismofboundaryconditionsdosnotconformtotheactualnon-orthogonalrainfallinfiltration,andthen,thecalculatedprecisionofthesoilunderrainfallinfiltrationcannotbeguaranteed.

8、Intheprocessofrainfallinfiltration,thewaterinfiltrationcapacity,calculatedw