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Infiltration,runoff,and slope stability behaviors of infinite slope with macropores based on an improved Green–Ampt model

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Journal of Mountain Science 2024年第7期21卷 2220-2235页

作者： LI Shanghui WU Guoxiong que yun JIANG Zhenliang CHENG Gaoyun College of Intelligent Construction Fuzhou University of International Studies and TradeFuzhou 350202China College of Civil Engineering Chongqing Jiao Tong UniversityChongqing 400074China Chongqing Vocational College of Architectural Engineering Chongqing 400072China College of Civil Engineering Fuzhou UniversityFuzhou 350000China Department of Civil and Environmental Engineering Hong Kong University of Science and TechnologyHong Kong 999077China T.Y.Lin International Engineering Consulting(China)Co.Ltd Chongqing 401120China

Infiltration–runoff–slope instability mechanism of macropore slope under heavy rainfall is *** paper studied its instability mechanism with an improved Green–Ampt(GA)model considering the dual-porosity(i.e.,matrix and macropore)and ponding condition,and proposed the infiltration equations,infiltration–runoff coupled model,and safety factor calculation *** show that the infiltration processes of macropore slope can be divided into three stages,and the proposed model is rational by a comparative *** wetting front depth of the traditional unsaturated slope is 17.2%larger than that of the macropore slope in the early rainfall stage and 27%smaller than that of the macropore slope in the late rainfall ***,macropores benefit the slope stability in the early rainfall but not in the *** flow does not occur initially but becomes pronounced with increasing rainfall *** equal depth of the wetting front in the two domains is regarded as the onset criteria of macropore *** analysis shows that macropore flow is delayed by increasing proportion of macropore domain(ω_(f)),whereas promoted by increasing ratio of saturated permeability coefficients between the two domains(μ).The increasing trend of ponding depth is sharp at first and then grows ***,when rainfall duration is less than 3 h,ωf andμhave no significant effect on the safety factor,whereas it decreases with increasingωf and increases with increasingμunder longer duration(≥3 h).With the increase ofω_(f),the slope maximum instability time advances by 10.5 h,and with the increase ofμ,the slope maximum instability time delays by 3.1 h.

关键词： Macropore slope Green–Ampt infiltration model Equivalent wetting front Ponding response time Slope stability

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加筋土路堤稳定的极限分析

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同济大学学报（自然科学版） 2008年第8期36卷 1079-1084页

作者：阙云凌建明袁燕同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海200092 福州大学土木工程学院福建福州350108

为了完善加筋土路堤稳定的极限分析设计方法,对加筋土路堤稳定的极限分析计算方法进行研究.根据塑性极限分析上限定理,结合传统条分法,建立了加筋土路堤稳定性安全系数计算式.运用该计算式与瑞典法、荷兰法以及我国加筋土路基设计规范... 详细信息

为了完善加筋土路堤稳定的极限分析设计方法,对加筋土路堤稳定的极限分析计算方法进行研究.根据塑性极限分析上限定理,结合传统条分法,建立了加筋土路堤稳定性安全系数计算式.运用该计算式与瑞典法、荷兰法以及我国加筋土路基设计规范推荐公式,分别探讨了重度、粘聚力、内摩擦角、筋材设计抗拉强度和路堤高度等因素对加筋土路堤稳定性的影响.研究结果表明,本文公式与荷兰法、瑞典法计算结果较为接近.因此,本文公式作为评价加筋土路堤稳定的方法合理,可为加筋土路堤稳定设计提供参考.

关键词：加筋土路堤稳定极限分析条分法

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冲击碾压改建旧水泥混凝土路面施工时的地基振动特性

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振动与冲击 2010年第11期29卷 124-130页

作者：胡昌斌阙云福州大学土木工程学院福州350108

为了解冲击碾压水泥混凝土路面施工时的地基振动与影响特性,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,对四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时地基的振动与传播特性进行了研究,并将数值计算结果与现场地基振动监测数据进行了对... 详细信息

为了解冲击碾压水泥混凝土路面施工时的地基振动与影响特性,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,对四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时地基的振动与传播特性进行了研究,并将数值计算结果与现场地基振动监测数据进行了对比分析;然后将冲击碾压地基实测振动信号作为输入,对离震源不同距离的砌体和框架建筑结构时程动力响应进行了计算,探讨了冲击碾压改建施工的安全防护标准。研究表明冲击碾压引起的地基振动具有冲击瞬态特性,地基振动中竖向振动加速度分量最大,横向振动和纵向振动加速度大小相当。振动加速度各分量沿道路横向距离10m范围内衰减变化显著,随着冲击破碎遍数递增,土基振动有增大现象。冲压振动与结构物的共振效应较小,对15m以外的完好建筑物影响很小。建议在普查无临界状态房屋条件下结构安全距离为15m,考虑对人的振动影响安全距离为20m。

关键词：水泥混凝土路面冲击碾压动力弹塑性有限元地基振动

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短时冻区残积土力学性质损伤效应的试验研究

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公路 2016年第7期61卷 1-7页

作者：阙云福州大学土木工程学院福州市350108

为了揭示短时冻土区冻融作用对残积土力学性质的损伤规律,对经历不同冻融条件的压实成型重塑三轴试样进行了不固结不排水的三轴剪切试验。试验结果表明:经历多次冻融循环作用后,残积土试样的应力-应变关系呈软化趋势,且在经历5次冻融循... 详细信息

为了揭示短时冻土区冻融作用对残积土力学性质的损伤规律,对经历不同冻融条件的压实成型重塑三轴试样进行了不固结不排水的三轴剪切试验。试验结果表明:经历多次冻融循环作用后,残积土试样的应力-应变关系呈软化趋势,且在经历5次冻融循环作用后趋向于稳定状态;试样经历冻融作用后,弹性模量、黏聚力及内摩擦角均发生损伤且损伤幅度均随着冷端温度的升高、含水率的增大、冻融循环次数的增加而增大;土体黏聚力损伤程度最大,弹性模量其次,内摩擦角损伤程度最小;建立的考虑冷端温度、含水率及冻融循环次数影响的弹性模量、黏聚力及内摩擦角非线性损伤模型与试验数据结果吻合良好。

关键词：短时冻土冻融循环残积土弹性模量抗剪强度指标

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多遍冲击碾压混凝土路面时路基的动力响应分析

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岩土力学 2009年第8期30卷 2517-2522页

作者：胡昌斌阙云福州大学土木工程学院福州350002

采用三维动力弹塑性有限元,考虑冲击压路机沿面板纵向中线及板边行驶来冲击碾压破碎旧水泥混凝土板,对路基在不同冲击遍数下的变形、受力等力学响应进行了分析。研究发现,土基在3个方向均承受压应力,板角荷载作用位置路基竖向变形最大,... 详细信息

采用三维动力弹塑性有限元,考虑冲击压路机沿面板纵向中线及板边行驶来冲击碾压破碎旧水泥混凝土板,对路基在不同冲击遍数下的变形、受力等力学响应进行了分析。研究发现,土基在3个方向均承受压应力,板角荷载作用位置路基竖向变形最大,板中最小。板中路线路基竖向变形总体小于板边路线。随着距冲击点距离减小,土体竖向变形逐渐增大,并存在有明显的波动滞后现象和残余变形。随着冲击遍数的增加,土基最大竖向变形逐渐变大;第3遍冲击完后已出现明显的塑性区;随着冲击遍数的增加,土基中土压力逐渐增大,但渐趋稳定。虽然冲击遍数增加,但土压力增大范围仅限于土基一定深度内。

关键词：冲击碾压水泥混凝土路面动力有限元法路基

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强降雨条件下含大孔隙土柱水分非平衡运移特性

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同济大学学报（自然科学版） 2017年第4期45卷 488-496页

作者：阙云林登辉陈嘉福州大学土木工程学院福建福州350108 福州大学数学与计算机科学学院福建福州350108

为揭示强降雨条件下大孔隙土柱水分非平衡运移特性,基于双重渗透模型与运动波模型,采用有限差分技术编制计算程序,对降雨强度、持时、初始含水率、两域间等效扩散距离、经验参数(rw,n*)等对水分非平衡迁移特性进行分析.结果表明,双重渗... 详细信息

为揭示强降雨条件下大孔隙土柱水分非平衡运移特性,基于双重渗透模型与运动波模型,采用有限差分技术编制计算程序,对降雨强度、持时、初始含水率、两域间等效扩散距离、经验参数(rw,n*)等对水分非平衡迁移特性进行分析.结果表明,双重渗透模型计算所得的水分交换峰值比运动波模型计算值大但水分交换深度范围小.双重渗透模型模拟表层水分变化较好,而运动波模型模拟土层下部水分变化较好.两种计算模型得到的体积含水率沿深度范围内呈现双拐点特性.湿润峰深度、水分交换深度范围均随降雨强度、降雨持时的增大呈现变大趋势.随着初始含水率逐渐接近饱和含水率,湿润峰位置下移,水分交换深度范围变大,但峰值骤降.随着两域间等效扩散距离增大,水分交换速率大幅减小,造成比较明显的非平衡流现象;但当两域间等效扩散距离超过5cm时,湿润峰位置、水分交换速率、基质域剖面含水率相差很小.随着经验参数值rw,n*的增大,湿润峰下降速度变慢,但水流交换速度增大.当rw大于0.4或n*大于2.5,湿润峰下降速度、土壤剖面含水率、水流交换速度与范围变化幅度明显降低,产生非平衡流的几率降低.

关键词：强降雨大孔隙非平衡流双重渗透模型运动波模型

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短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理分析

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工程科学与技术 2017年第6期49卷 73-83页

作者：阙云邓翔宇陈嘉福州大学土木工程学院福建福州350108 福州大学数学与计算机科学学院福建福州350108

为揭示短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理,分别基于非饱和渗流模型与非平衡流模型,分析福建省冰雪消融诱发某一边坡的失稳原因,并研究不同大孔隙直径、间距、弯曲率及长度对考虑非平衡流的边坡水分场与安全系数的... 详细信息

为揭示短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理,分别基于非饱和渗流模型与非平衡流模型,分析福建省冰雪消融诱发某一边坡的失稳原因,并研究不同大孔隙直径、间距、弯曲率及长度对考虑非平衡流的边坡水分场与安全系数的影响规律。结果表明:非平衡渗流相比于非饱和渗流对于边坡稳定性的影响明显更大,采用非平衡流理论可合理解释冰雪消融条件诱发残积土边坡失稳机理;增大大孔隙直径可增大大孔隙域与周围基质域的水分交换量,减缓水流的优先传导作用并使孔隙水压力增长,从而使边坡稳定性降低;增加大孔隙长度,延长了水分的传导路径,削弱大孔隙域内水分的积累效果,对于边坡安全系数有一定影响;增加大孔隙弯曲率对于基质域含水率及边坡安全系数影响很小,可忽略不计。边坡安全系数与大孔隙间距之间存在安全系数最小的临界间距,间距过大导致大孔隙群的优先流效应无法发挥;间距过小导致大孔隙间非平衡流相互叠加与干扰,削弱大孔隙对于深处孔隙水压力的影响。因此,对于短时冻区冰雪消融诱发含大孔隙边坡的失稳问题,应考虑非平衡流的影响,尤其是大孔隙间距与长度的影响。

关键词：残积土坡短时冻区冰雪消融非平衡流稳定性

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基于水平集方法的原状土三维水气两相渗流特性数值研究

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长江科学院院报 2022年第9期39卷 90-95页

作者：蔡沛辰阙云福州大学土木工程学院福州350108

为揭示土体中水气两相动态渗流机理,基于计算机断层扫描(CT)与AVIZO-COMSOL交互对接技术,通过水平集(Level Set)方法来研究代表性体积单元(REV)尺度原状花岗岩残积土三维水气两相渗流特性。结果表明:孔隙残余气主要呈块状分布于孔隙边... 详细信息

为揭示土体中水气两相动态渗流机理,基于计算机断层扫描(CT)与AVIZO-COMSOL交互对接技术,通过水平集(Level Set)方法来研究代表性体积单元(REV)尺度原状花岗岩残积土三维水气两相渗流特性。结果表明:孔隙残余气主要呈块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位;REV模型孔隙中存在少数主渗流孔道,其普遍有着孔道宽且笔直的特征;两相渗流速度受孔道迂回程度控制,且存在明显的“优势通道”,其中主渗流通道平均流速比模型整体高47.26%;驱替阻力最大出现在孔隙壁面处,且孔道越窄,阻力越大。该研究成果可为进一步认识原状土孔隙渗流规律提供研究方法及理论基础。

关键词：原状土渗流特性水平集代表性体积单元 CT扫描两相流

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基于CT扫描的花岗岩残积土3D大孔隙定量表征及流动模拟

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中国科学：技术科学 2022年第7期52卷 1065-1082页

作者：蔡沛辰阙云蒋振梁李显福州大学土木工程学院福州350108 香港科技大学土木与环境工程系中国香港999077

为深入理解含大孔隙土体内部水分运移机理,本文基于计算机断层扫描(CT)与图像处理技术,构建了含大孔隙(>0.15 mm)的三维(3D)等效孔隙网络模型(PNM),并确定了最优代表性体积单元(REV)的尺寸为300×300×300体素,最后进行了大孔隙空间拓... 详细信息

为深入理解含大孔隙土体内部水分运移机理,本文基于计算机断层扫描(CT)与图像处理技术,构建了含大孔隙(>0.15 mm)的三维(3D)等效孔隙网络模型(PNM),并确定了最优代表性体积单元(REV)的尺寸为300×300×300体素,最后进行了大孔隙空间拓扑结构特征定量表征、PNM单相流动及3D大孔隙水-气两相流动模拟.研究结果表明,孔径较小的孔隙数量较多,超过80%的大孔隙孔径集中在0.15~1.00 mm.孔隙拓扑空间结构差异性较大,配位数主要集中在20以内,但部分可达60以上.孔隙平均配位数在3~7之间,平均连通孔隙半径>2 mm.单相流仿真表明,孔隙结构的复杂程度与CT扫描分辨率,共同导致模拟渗透率与测试结果出现一定差异,但主渗流方向误差仅为3.81%.两相流仿真表明,渗流初期驱替前缘近乎呈直线状,随后呈指进状,之后直至结束,呈不规则状.孔隙残余气主要以块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位.随渗流时间增加,水相饱和度呈上升趋势(气相饱和度呈下降趋势),之后逐渐趋于稳定状态,最终水相和残余气相饱和度分别趋于94.92%和5.08%.该研究能较好地揭示重构土的细观渗流机理,并为进一步认识土体孔隙流规律提供一定借鉴意义.

关键词：计算机断层扫描代表性体积单元细观渗流大孔隙孔隙网络模型两相流

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基于透明土技术的非饱和均匀流运移机理分析

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应用基础与工程科学学报 2023年第4期31卷 946-960页

作者：阙云翁斌蔡松林陈嘉福州大学土木工程学院福建福州350108 福州大学计算机与大数据学院福建福州350108

为刻画降雨入渗下土壤内部非饱和均匀流的运移特征,借助透明土试验技术开展室内模型试验,利用黑白参考点像素强度校正自由入渗透明土像素强度,并建立归一化像素强度与饱和度的函数关系,分析不同边界条件下透明土非饱和均匀入渗的特征.... 详细信息

为刻画降雨入渗下土壤内部非饱和均匀流的运移特征,借助透明土试验技术开展室内模型试验,利用黑白参考点像素强度校正自由入渗透明土像素强度,并建立归一化像素强度与饱和度的函数关系,分析不同边界条件下透明土非饱和均匀入渗的特征.研究表明:可用像素强度表征非饱和透明土饱和度,模拟非饱和透明土均匀入渗过程;开放式系统排气顺利,封闭式系统入渗过程受气体阻碍,其饱和度约为开放式系统的0.8倍,湿润锋到达潜水层边界后出现饱和锋,饱和度略小于开放式系统;通气条件下湿润锋经过时孔压从0kPa逐渐上升,封气条件下流体入渗时孔压从0kPa开始上升;入渗率和累计入渗量随初始含油率的增大而减小,随输油强度的减小而减小.

关键词：透明土非饱和均匀流归一化像素强度饱和度湿润锋孔隙气压

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