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《河海大学》 2001年
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裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析

胡云进  
【摘要】: 本文就单裂隙非饱和水力参数的试验测定和数值模拟确定、单裂隙非饱和渗流的 机理、有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流分析以及地表入渗对岩坡稳定性的影响 等方面展开了较为深入的研究,并将上述研究成果应用于实际大型工程问题的分析中。 本文主要内容如下: 1.从单一裂隙非饱和渗流研究和裂隙岩体非饱和渗流分析模型这两方面出发,系 统综述了裂隙岩体非饱和渗流的研究现状。介绍了地表入渗影响下的岩坡稳定性研究 概况。在分析现有研究成果不足的基础上,提出了一些待研究的问题。 2.借鉴前人的研究成果,基于动力法原理(即逐次建立水相和气相之间的稳定流 动状态),首次研制出了一套可同时测定单裂隙毛细压力~饱和度以及非饱和渗透系 数~毛细压力关系的实验装置。在该实验装置上进行了裂隙概化模型的试验,初步阐 明了单裂隙非饱和渗流的机理,并提出了一种用该实验装置来测定单裂隙非饱和水力 参数的物模试验法,使得通过试验来测定单裂隙非饱和水力参数成为可能。 3.在总结分析以往数值试验法优缺点的基础上,运用分形几何和蒙特卡洛模拟等 理论,提出了一种更合理的确定单裂隙非饱和水力参数的数值试验法,并研制出了相 应的模拟程序。由于该法在生成裂隙充水域时考虑了水和气的“圈闭”效应,故能模 拟出裂隙排水与吸水过程间客观存在的滞后现象,这是以往数值试验法所不能的。 4.针对裂隙较发育的岩体,把裂隙岩体等效为连续介质来处理,建立了有地表入 渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流的数学模型。以Galerkin有限元法为模拟手段,研制了 相应的算法,并编制了考虑地表入渗的三维饱和非饱和渗流有限元计算程序。通过几 个算例分析表明上述模型和计算程序是合理可行的。 5.引入非饱和土的抗剪强度理论,运用刚体极限平衡法,研制出了地表入渗影响 下的岩坡稳定性验算程序。该程序考虑了非饱和带基质吸力对岩体抗剪强度的贡献以 及暂态附加水荷载的不利作用(若具备含水量与岩体强度指标之间的关系,还能考虑 水对岩体的软化作用),使计算结果更贴近实际。 6.将上述研究成果应用于小湾电站水垫塘区岸坡降雨入渗分析、溪洛渡电站水垫 塘区岸坡雾化雨入渗分析以及雾化雨入渗对溪洛渡电站水垫塘区岸坡稳定性的影响等 实际工程问题的研究。结果表明:地表入渗确会给边坡稳定带来不利的影响,并且本 文的模型和计算程序均是合理可行的。
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