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考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗规律研究

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安全与环境工程 2023年第2期30卷 109-118页

作者：周峙罗易张家铭孙狂飙湖北经济学院工程管理系湖北武汉430205 中国地质大学(武汉)岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 安徽省交通控股集团有限公司安徽合肥230088

为模拟降雨条件下裂隙性黏土中的雨水入渗过程,基于双孔隙域入渗理论和Green-Ampt入渗模型,引入土体裂隙平面几何参数,提出考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗模型,探究降雨强度、土体裂隙面积率和裂隙域饱和渗透系数对土体基质... 详细信息

为模拟降雨条件下裂隙性黏土中的雨水入渗过程,基于双孔隙域入渗理论和Green-Ampt入渗模型,引入土体裂隙平面几何参数,提出考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗模型,探究降雨强度、土体裂隙面积率和裂隙域饱和渗透系数对土体基质域与裂隙域积水时间、入渗量和入渗深度的影响,揭示土体干缩开裂后的优势流入渗规律。结果表明:提出的考虑裂隙面积率的裂隙性黏土优势流双域入渗模型形式简单、计算方便、物理意义明确且较好地体现了土体裂隙对雨水入渗过程的影响;降雨强度增大,土体基质域与裂隙域两域积水时间缩短,入渗量和入渗深度增幅较小;土体裂隙面积率增大,土体基质域积水时间不变、裂隙域积水时间延长,且土体基质域与裂隙域的入渗量分别与土体裂隙面积率呈反比和正比;土体裂隙域饱和渗透系数增大对土体基质域入渗的影响较小,仅导致土体裂隙域积水时间延长,入渗量和入渗深度增大;土体裂隙域优势流最终入渗量和入渗深度对降雨强度变化的响应不敏感,主要受土体裂隙面积率和裂隙域饱和渗透系数的控制。

关键词：裂隙性黏土土体裂隙裂隙面积率优势流基质域与裂隙域双域入渗模型

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厚层非饱和黄土中优势流和活塞流的讨论

工程地质学报 2022年第6期30卷 1842-1848页

作者：李同录汪颖胡向阳李萍王宇长安大学地质工程与测绘学院西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站正宁745300 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司西安710065

厚层黄土中包气带水的运动方式一直存在争议。一种认为是活塞流,另一种认为是优势流,也有人认为两者并存。本文通过现场观测和两个模型试验,揭示活塞流是包气带中水分的特有的运移方式;基于非饱和土的土水特征,进一步证明优势流仅存在... 详细信息

厚层黄土中包气带水的运动方式一直存在争议。一种认为是活塞流,另一种认为是优势流,也有人认为两者并存。本文通过现场观测和两个模型试验,揭示活塞流是包气带中水分的特有的运移方式;基于非饱和土的土水特征,进一步证明优势流仅存在于饱和土中。自然界的黄土多处于非饱和状态,因此活塞流是黄土包气带中水的主要运移方式,而优势流是暂态和局部的,仅出现在降雨时期的浅层饱和区,或者低洼的汇水区。黄土中的垂直节理、卸荷裂隙、动物洞穴和植物根孔等优势通道是地表汇流的排水通道,而不是地下水的补给通道。

关键词：黄土包气带地下水优势流活塞流

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降雨作用下三峡库区某粘质土滑坡优势流分析

地下空间与工程学报 2015年第4期11卷 1047-1052,1065页

作者：王力王世梅向玲三峡大学科技学院湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

三峡库区复活型滑坡多为粘质土型,自三峡水库蓄水以来,在降雨及库水的周期性作用下,该类滑坡均出现不同程度的拉裂现象。由于库水位上升,可能导致该类滑坡稳定性降低,处于临界状态,这类滑坡是否失稳,将取决于大气降雨。常规数值模拟时,... 详细信息

三峡库区复活型滑坡多为粘质土型,自三峡水库蓄水以来,在降雨及库水的周期性作用下,该类滑坡均出现不同程度的拉裂现象。由于库水位上升,可能导致该类滑坡稳定性降低,处于临界状态,这类滑坡是否失稳,将取决于大气降雨。常规数值模拟时,一般默认滑坡土体为各向同性渗透材料,没有考虑裂隙的优势渗流,其结果通常与实际情况不符。本项研究考虑采用各向异性渗透材料对滑坡在降雨作用下进行渗流场及位移场的模拟,并与常规模拟及监测数据进行对比。发现考虑材料各向异性渗透系数时,滑坡体孔压分布及位移变化均与实际情况接近,说明了该简化优势流模型的可靠性。

关键词：优势流降雨入渗滑坡监测数值模拟

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优势流对非饱和土边坡稳定影响分析

优势流对非饱和土边坡稳定影响分析

作者：陈延博贵州大学

学位级别：硕士

土体抗剪强度的下降往往是边坡降雨诱发失稳的主要原因。抗剪强度的下降主要是受土体含水量的增加以及土体应力状态各向异性控制。土体含水量的增加,其速率以及大小主要是由降雨强度以及土体的固有渗透系数决定,而土体的固有渗透系数受... 详细信息

土体抗剪强度的下降往往是边坡降雨诱发失稳的主要原因。抗剪强度的下降主要是受土体含水量的增加以及土体应力状态各向异性控制。土体含水量的增加,其速率以及大小主要是由降雨强度以及土体的固有渗透系数决定,而土体的固有渗透系数受到土体的沉积历史所产生的土体结构和应力各向异性的影响存在各向异性,使得雨水在边坡内产生各向异性渗流,从而改变土体的抗剪强度;由于天然土层的初始应力一般处于不等向应力状态（正常固结土静止土压力系数0K值一般下于1）,引起了在不同方向加载情况下,使土体破坏所需要的剪应力增量各不相同,导致土体的抗剪强度下降。鉴于此,本文将主要研究考虑应力引起的抗剪强度各向异性以及渗透各向异性的非饱和土边坡降雨诱发的稳定性。本文从饱和以及非饱和土的基本理论出发,研究了应力引起的抗剪强度各向异性及其对饱和土边坡稳定性的影响并与工程实例进行了对比;然后,分析了不等向应力和土结构各向异性对渗透各向异性的影响,采用Geo-studio软件数值模拟了降雨引起渗透各向异性非饱和土优势流,并研究了其对非饱和土边坡降雨诱发失稳安全系数的影响;最后,将考虑应力引起对抗剪强度各向异性的饱和土边坡稳定安全系数迭代分析方法推广到渗透各向异性非饱和土边坡的稳定分析中,研究了结合考虑应力不等向引起的抗剪强度各向异性、渗透各向异性非饱和土边坡降雨诱发失稳问题。本文的研究内容以及主要研究成果如下:1.研究了饱和不固结不排水剪强度与室内以及现场试验获得的抗剪强度指标之间的关系。2.基于Geo-studio软件,创新性地提出了考虑应力引起抗剪强度各向异性的饱和土边坡稳定安全系数迭代分析方法,并分析和比较了浙江三门海堤工程的稳定性。3.采用Geo-studio软件,分析了降雨引起非饱和土湿润锋的运移及渗透各向异性非饱和土优势流。4.比较了渗透各向同性和渗透各向异性非饱和土边坡降雨诱发失稳的安全系数和降雨历时关系。5.通过算例分析了应力引起抗剪强度各向异性、渗透各向异性对非饱和土边坡降雨诱发失稳安全系数的影响。

关键词：非饱和土边坡应力各向异性渗透各向异性边坡稳定性抗剪强度优势流

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土壤中优势流的几个基本问题研究

土壤侵蚀与水土保持学报 1999年第4期5卷 85-90,93页

作者：徐绍辉张佳宝中国科学院南京土壤研究所南京210008

优势流是指土壤在整个入流边界上接受补给,但只通过少部分土体的快速运移。优势流是一种普遍存在的现象,而不是一种特例。它受许多因素的控制,如土壤中的大空隙、土壤结构、土壤质地、土壤水分含量、土壤初始水分含量、水和溶质的施加... 详细信息

优势流是指土壤在整个入流边界上接受补给,但只通过少部分土体的快速运移。优势流是一种普遍存在的现象,而不是一种特例。它受许多因素的控制,如土壤中的大空隙、土壤结构、土壤质地、土壤水分含量、土壤初始水分含量、水和溶质的施加速率及溶质的施加方法等。优势流的产生机理主要有2 种:一种是由土壤介质的非均质性所驱动的优势流;另一种是由湿润锋的不稳定性所驱动的优势流。目前,优势流的监测方法主要有取土壤原状土、实验室内的土柱出流试验及染色示踪试验。尽管优势流的模拟非常困难,但人们仍提出了许多模型来描述它。今后优势流研究的重点应放在进行大量的综合性野外试验,以获取足够的数据资料来确切地刻划优势流;发展新的观测技术以便在时间和空间上监测优势流;建立新的模型来模拟优势流,从而进一步解决与土壤和地下水污染有关的环境问题。

关键词：优势流模型产生机理土壤结构土壤水分湿润锋

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面向黄土地质灾害的优势流研究

兰州大学学报（自然科学版） 2019年第2期55卷 274-280页

作者：张珊珊张茂省孙萍萍董英冯立中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部黄土地质灾害重点实验室西安710054 中国地质大学水资源与环境学院北京100083

在分析以往优势流研究方法和存在问题的基础上,对拓展优势流研究与应用领域、深化优势入渗机理以及定量刻画优势入渗规律进行了探讨.研究表明,黄土斜坡地带包气带按优势通道发育特征可概化为优势通道不明显的均匀介质、以大孔隙和裂隙... 详细信息

在分析以往优势流研究方法和存在问题的基础上,对拓展优势流研究与应用领域、深化优势入渗机理以及定量刻画优势入渗规律进行了探讨.研究表明,黄土斜坡地带包气带按优势通道发育特征可概化为优势通道不明显的均匀介质、以大孔隙和裂隙为通道的优势介质、以落水洞、宽大裂隙为通道的灌入介质,将包气带水分运移入渗概化为均匀入渗、优势入渗和直接灌入,均匀入渗模式可用非饱和达西流刻画,优势入渗模式亟待理论突破和软件开发,直接灌入模式可分解为均匀入渗和优势入渗来刻画.

关键词：黄土地质灾害优势通道优势流优势流监测非饱和土

生物洞穴影响的黄河口粉质土优势流及其效应研究

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海洋环境科学 2009年第6期28卷 615-619页

作者：陈友媛李利刘小丽贾永刚中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100

生物扰动对沉积物性质的改变已越来越受国际地圈生物圈计划的关心。通过高密度电阻率法和示踪剂相结合的方法,监测了室内模拟黄河口生物洞穴影响非饱和粉土的渗流。从入渗的电剖面特征分析,发现渗流主要发生在生物洞穴形成的大孔隙通道... 详细信息

生物扰动对沉积物性质的改变已越来越受国际地圈生物圈计划的关心。通过高密度电阻率法和示踪剂相结合的方法,监测了室内模拟黄河口生物洞穴影响非饱和粉土的渗流。从入渗的电剖面特征分析,发现渗流主要发生在生物洞穴形成的大孔隙通道中,而周围基质中的渗流很弱,即黄河口粉土的生物洞穴中存在优势流。优势流在细粒土的垂直迁移中有重要作用,同时也改变了大孔隙周围土体的基本性质,如密度、含水量、强度、颗粒组成以及电导率等。优势通道在入渗过程中可增加周围土体的含水量,但在排水的过程中也可增加周围土体的排水能力,具有增水和排水的双重效应。

关键词：黄河口生物洞穴影响优势流优势流效应

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林地土壤优势流的染色方法研究

土壤通报 2011年第2期42卷 285-289页

作者：陈风琴李玉国史秀娟西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 山东省水利科学研究院山东济南250013

优势流对水和溶质在土壤中的运移有很大影响,不仅影响到它们的预测,甚至使定量测定水和溶质复杂化。在野外用亚甲蓝作染色剂来研究灰棕紫泥土中的优势流现象,并进一步研究在自然降雨情况下,降雨和地表径流对优势流的影响。结果表明:亚... 详细信息

优势流对水和溶质在土壤中的运移有很大影响,不仅影响到它们的预测,甚至使定量测定水和溶质复杂化。在野外用亚甲蓝作染色剂来研究灰棕紫泥土中的优势流现象,并进一步研究在自然降雨情况下,降雨和地表径流对优势流的影响。结果表明:亚甲蓝能被土壤颗粒强烈吸附,但由于优势流的存在,染色的最大深度仍是平均深度的3倍;染色面积随深度的增加呈变小的趋势,且呈波浪式的波动变化;灰棕紫泥土中优势流的空间路径,呈明显的"T"字形;降雨具有把地表污染物带入地下的作用,而地表径流具有稀释表层污染物的作用;亚甲蓝可用于研究优势流对可吸附性污染物在土壤中迁移的影响。

关键词：林地土壤优势流染色示踪亚甲蓝

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土壤中优势流现象的研究进展

土壤 1998年第6期30卷 315-319,331页

作者：程竹华张佳宝中国科学院南京土壤研究所南京210008

深层土壤和地下水的污染已经引起了人们的普遍关注。大量的研究证明，优势流是导致这一结果的不可忽视的主要因素之一。许多溶质迁移试验证明了土壤中优势流是普遍存在而不是个别的、例外的现象。优势流存在时，水分和溶质能够以比在均... 详细信息

深层土壤和地下水的污染已经引起了人们的普遍关注。大量的研究证明，优势流是导致这一结果的不可忽视的主要因素之一。许多溶质迁移试验证明了土壤中优势流是普遍存在而不是个别的、例外的现象。优势流存在时，水分和溶质能够以比在均质多孔介质中更快的速度到达更深层次的土壤甚至是地下水，引起土壤和地下水环境的恶化。本文从人们对优势流的认识过程、数学模拟以及优势流与农业生产管理的关系三个方面综述了国际上优势流现象的研究进展。

关键词：土壤优势流环境恶化