[发明专利]泄洪雾化雨边坡入渗临界渗流场获取方法

说明书

本发明为泄洪雾化雨边坡入渗临界渗流场获取方法，属于水利工程渗流领域，其包括如下步骤：1)针对边坡材料参数，建立边坡材料与入渗参数的关系曲线模型；2)再采用饱和—非饱和渗流方程描述雾化雨入渗斜坡内地下水渗流；3)再采用Galerkin有限元法实现数值求解模拟雾化雨影响岸坡时的边坡渗流过程；4)再确定临界渗流场。本发明的有益效果在于：1)提出了雾化雨边坡连续分布强度下的入渗模拟方法；2)该法能真实反映雾化雨入渗的临界渗流场。

技术领域

本发明涉及一种临界渗流场的获取方法，具体而言是一种泄洪雾化雨边坡入渗临界渗流场获取方法，属于水利工程防护领域。

背景技术

泄洪雾化雨具有雨强大、历时长、冲刷能力及渗流能力强等特点。

泄洪雾化形成的强降雨，一方面直接冲蚀下游岸坡，另一方面侵入岩体，增加岩体的滑动力，诱发滑坡。雾化雨的水流冲刷和入渗形成的渗流是影响边坡稳定性导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。雾化雨入渗使得边坡地下水位和孔隙水压力升高，在边坡体内形成暂态饱和区及暂态水压力，降低岩石或土体的抗剪强度，其实质是导致边坡非饱和区基质吸力降低，进而导致边坡稳定性的降低。目前关于泄洪雾化区渗流机制的研究还有待进一步深入，需深入掌握岩土体非饱和区渗流场的定量变化规律，对包含不同强度雾化雨及其随机变化的入渗过程的饱和非饱和渗流计算进行了深入研究。

目前主要是建立在雾化雨水流地表水疏排、雾化雨入渗下饱和非饱和渗流计算及直观观察经验基础上的防排水设计和施工，需要对泄洪雾化特征下地下水贮存、渗流与边坡工程的相互影响及雾化区雨雾入渗在边坡工程结构中渗流规律进行深入研究，以满足科学合理地进行泄洪雾化区边坡防排水(特别是坡面坡脚结构内部防排水)设计和地下水地表水联合影响下边坡稳定评价及保护设计的要求。

综上所述，现有的雾化雨入渗研究存在以下问题:

(1)雾化雨强度分布下边坡入渗存在临界场。

(2)针对不同材料边坡在雾化雨条件下的临界渗流场缺乏研究，不便于因地制宜地对边坡防护设计，会造成费时费财。

因此，解决雾化雨条件下坡内临界渗流场问题以反映实际雾化雨对岸坡影响机制难题，研发雾化雨岸坡入渗临界渗流场获取方法对于泄洪雾化雨对岸坡稳定的影响与防护具有重要意义和价值。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种获取雾化雨边坡入渗的临界渗流场方法。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

1)针对边坡材料参数，建立边坡材料与入渗参数的关系曲线模型；

2)采用饱和—非饱和渗流方程描述雾化雨入渗斜坡内地下水渗流；

3)采用Galerkin有限元法实现数值求解模拟雾化雨影响岸坡时的边坡渗流过程；

4)确定临界渗流场。

上述的1)建立边坡材料特性与入渗参数的关系曲线模型是指：

基于土-水特征曲线的估算方法—Van Genuchten方法，其关系式为

式中：k_s—饱和导水率；a、n、m—系数，n＝1/(1-m)。

Van Genuchten用土水特征曲线的中间点p点的斜率(剩余含水率与饱和含水率的平均值对应的点)来确定上面两个参数a、m。

规定：则m＝1-exp(-0.8s_p)。

当0s_p1时，当s_p1时，

上述的：2)采用饱和—非饱和渗流方程描述雾化雨入渗斜坡内地下水渗流，是指：