边坡渗流中渗出层的水力梯度变化规律研究
影响边坡稳定性因素分析及处理方法
影响边坡稳定性因素分析及处理方法摘要：土坝、河岸、路堤、挖坡以及山坡有可能因稳定性问题而产生滑坡。
大片土体从上滑下堆积在坡脚前。
滑动也可能影响到深层，上部土体大幅度下滑而引起坡脚向上隆起，向外挤出，整个滑动体呈现转动状。
此外，土坝、河堤的滑坡还会引起垮坝，乃至发生大的洪水，河岸的滑坡还会造成很大的波浪，致使在很长的距离内产生灾难。
关键词：边坡稳定性；分析及处理；方法在众多的地质灾害中，边坡失稳灾害以其分布广且危害大，而对国民经济和人民生命财产造成巨大的损失。
因此，研究边坡变形破坏的过程，分析其失稳的主要影响因素，对正确评价边坡的稳定性、采取相应有效的边坡加固治理措施具有重要的现实意义。
一、边坡定义及分类边坡是指地壳表面一切具有临空面的地质体，其特点是具有一定坡度及高度。
按其形成因素可以分为自然斜坡和人工边坡。
二、边坡稳定性的影响因素边坡的稳定性受多种因素影响，可分为内部因素和外部因素。
1、内部因素边坡在形成的过程中，其内部原有的应力状态发生了变化，引起了应力集中和应力重分布等。
为适应这种应力状态的变化，边坡出现了不同形式和不同规模的变形与破坏。
内部因素包括岩性、岩体结构及构造、构造运动、地下水流、地表水等因素。
（1）、岩性岩性即岩土形式所产生的种种影响，它包括了岩石的物理力学性质和化学性质，如岩土的组成、强度、硬度、抗风化的能力、抗软化的能力以及透水性等等。
（2）、岩体的结构及构造通常所说的岩体结构包含结构体和结构面。
结构体则是由不同形状的各类结构面组合并将岩体切割成单元块体。
岩石物质分异面及不连续面被称为结构面。
它是具有一定方向、规模、形态和特性的面。
岩体的结构主要是指结构面和岩块的特性以及它们之间的排列组合。
对边坡稳定性产生影响的岩体结构因素主要包括：结构面的倾向，结构面的倾角和走向，结构面的组数和数量，及其的起伏差和表面的性质，以及软弱结构面。
（3）、构造运动大地构造运动通常划分为以断裂为主的地壳断裂运动和以折皱为主的地壳折皱运动，这两种运动都会产生构造应力。
黄土边坡降水入渗规律及其稳定性研究
为了定量分析降水入渗对黄土高边坡稳定性的影 响, 本文采用渗流有限元分析, 首先对边坡在降水入渗 过程中内部渗流场的变化进行数值模拟, 得出一定时 段内降水入渗的范围。并对此时的边坡稳定性进行计 算, 得到边坡在降水不同历时的稳定性变化, 以便研究 降水入渗对黄土边坡稳定性的影响。
主, 威胁着水利工程和交通线的安全, 尤其是阎禹高速
公路地处陕北地区, 年平均降水量一般 292~ 493mm, 多年最大降水量为 800mm, 一次降水量为 108mm, 而降
水时间 仅为 26min, 一 次最 大 降水 强 度可 达 4 2mm
min, 其中 50 年一遇的降水量为 90 6mm, 100 年一遇的 降水量为 230 6mm[ 1] 。 1 2 渗流有限元分析的基本原理
而在出现了拉张裂隙和裂缝的不稳定边坡, 降水 入渗将不会服从上述规律, 它将会沿着裂隙的方向由 滑移面入渗, 首先是坡顶形成饱和区, 并开始下渗, 由 于裂隙的容水量比较大, 所以往往会将降水的雨水全 部入渗到坡体, 而一般滑动带是聚水层, 它能聚集所入 渗的雨水, 形成一个整体含水量很大的滑体, 由于土体 含水量增加, 基质吸力减小, 抗剪强度降低, 抗滑能力 减弱, 而且随着坡体重度的增 加, 当下滑 力大于抗滑 力, 滑体滑动。
图 4 降水 24h( a) 和 48h ( b) 边坡入渗云图 Fig. 4 Rainfall infiltration diagram of slope for 24 hours
( a) and 48 hours ( b)
表 2 边坡降水入渗区与非入渗区强度参数 Table 2 Slope strength Parameters of seep and non seep areas
《土木工程施工》在线测试第13章
《土木工程施工》在线测试第13章第一篇：《土木工程施工》在线测试第13章第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5分）1、施工总平面图的设计应先从()入手 A、仓库 C、加工厂B、运输道路 D、临时设施2、编制施工组织总设计时，几项重点内容编制顺序正确的是（）A、施工部署和施工方案→施工总平面图→B、施工总平面图→施下部署和施工方案→施工总进度计划部署和施工方案施工总进度计划→施工总平面图B、是否采用了流水施工方法 D、间歇时间和搭接时间是否合理 B、施工方案D、施工准备工作计划 C、施工总进度计划→施工总平面图→施工D、施工部署和施工方案→施工总进度计划3、初步施工总进度计划绘制完成后，应对其进行检查。
检查的主要内容是()A、是否满足总工期及起止时间的要求C、流水节拍和流水步距是否正确4、编制施工组织总设计中的材料、机具设备和劳动力的需要量计划时，均需依据（）A、施工总平面图 C、施工总进度计划5、施工总平面图的设计，必须依照一定的程序和步骤：①布置仓库；②布置加工厂和混凝土搅拌站；③布置临时水电管网；④引入场外交通道路；⑥布置内部运输道路；⑥布置临时设施。
试选择正确的程序()。
A、BC、D、A、④③②⑥①⑤ C、⑤④③①②⑥B、④①②⑤⑥③ D、⑤①②③⑥④第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分）1、下列关于工程项目施工组织设计，正确的说法是（）。
A、施工组织设计是纯技术性文件 B、施工组织设计必须在投标前编制完成 C、施工组织设计可作为项目管理规划文件D、施工组织设计可用做施工前的准备工作文件 E、施工组织总设计应由设计单位编制2、编制施工组织总设计时，通常要对整个建设过程进行施工部署，其主要工作应包括（）。
A、组织各种物资 B、确定工程开展程序 C、拟定主要项目施工方案 D、明确施工任务划分与组织安排 E、编制施工准备工作计划3、施工组织总设计中，最重要的三项内容是()。
A、施工部署和施工方案 B、施工总进度计划 C、材料需要量计划 D、施工准备工作计划 E、施工总平面图4、施工组织总设计中的施工部署的内容一般包括()。
渗流中的水头与水力坡降二
x
dqe dqo
v x v z 0 x z
达西定律
h vx k x ; x h vz k z z
vH vH i kz ki
kz
H Hi k i
水平渗流情形 条件
q qi ; H H i ; ii i h L
垂直渗流情形
q1 q 2 ... q; h h i ; H H i v 1 v 2 ... v;
已知 等效
H1 , H 2 ...; k 1 ...
VL Aht
适用土类：透水性较大的砂性土
对于透水性较小的粘性土， 应采用变水头试验法
室内试验方法2—变水头试验法
试验装置：如图 试验条件: Δh变化，A，L=const 量测变量: Δh ，t
理论依据:
t时刻： Δh dh Δt dVe= - adh 流出量： 流入量： dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adt 连续性条件： dVe=dVo -adh =k (Δh/L)Adt
aL dh dt kA h
aL 0 dt kA
t
dh h1 h
h 2
aL h1 t ln kA h 2
k
aL h1 ln At h 2
结果整理:
选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
室内试验方法
常水头试验 条件 已知 测定 算定 取值 适用
四、层状地基的等效渗透系数
天然土层多呈层状
确立各层的ki
根据渗流方向确定等效渗流系
数
等效渗透系数
水平渗流
条件:
ii i h L
1
2 z
Δh x
q x qix
浅析水利工程中水的运动规律及渗流相关工程问题讲解
浅析水利工程中水的运动规律及渗流相关工程问题摘要：中国是一个水利工程相对较多的国家，而水利工程对改造与分配人们生活与生产实际所需要的水资源起到非常重要的作用。
我国的水利工程在使用一段时间内均会不同程度的发生渗透破坏，从而导致水利工程的正常运转受到影响，同时使下游人民群众的生命和财产安全受到威胁。
对工程进行渗流稳定分析，采取必要的除险加固措施，并达到相关规范、规定的要求，保障水利工程正常运行，发挥其兴利效益具有相当大的研究价值。
关键词：水利工程；渗透破坏；防渗加固Abstract:China is a country which has relatively more hydraulic engineering.And hydraulic engineering play a very important role in transformation and distribution of the water resource people needed for producti on and life.Hydraulic engin eeri ng in our country will always occur seepagedestroy in varying degrees when used for a period of time.Thus, this cause the no rmal operati on of hydraulic engin eeri ng to be affected and the downstream people 'lives and property safe is also threatened at the same time.To do Analysis of the seepagestability of Engin eeri ng,take n ecessary rei nforceme nt measures,meet the requireme nts of the releva nt specificati on s,guara ntee the no rmal operation and the profit of hydraulic engineering has great research value.Key words:hydraulic engin eeri ng;seepage destroy;A nti-seepage rei nforceme nt1.引言随着人类社会的不断进步，基础设施建设逐渐引起人们的重视。
渗流对边坡稳定的影响
渗流对边坡稳定性的影响孙聚龙（长沙理工大学市政工程专业 103104020449）摘要边坡稳定性问题一直是工程地质、岩土工程等领域中一项最基本而又十分重要的研究课题。
影响边坡稳定性的因素较多，渗流既是一个重要影响因素，也是一个难点课题。
近年来，随着有限元理论和计算机技术的发展，进行渗流对边坡稳定影响的研究也越来越多。
渗流场和应力场作为边坡稳定分析的重要组成部分，二者相互作用、相互联系。
所以要对边坡稳定情况进行研究必须正确分析渗流对其作用。
一方面，渗流产生渗流场形成孔隙水压力，孔隙水压力作用到边坡上将改变边坡的应力状态，边坡的应力状态改变会造成土体的孔隙率和渗透系数的改变；另一方面，渗流系数和孔隙率的改变会使渗流场发生变化。
这样的渗流场相互作用，将对边坡稳定性产生影响。
边坡稳定性分析始于二十世纪初，发展至今形成了多种方法，虽然各种方法并存，具有各自的计算准则，但总体来说，边坡稳定性分析的发展遵循了以下这条主线，即从定性分析发展到定量分析。
其中，定量分析又经历了从确定性分析到非确定性分析的过程。
本文对国内外渗流及边坡稳定的研究现状进行了归纳总结。
概述了现在边坡稳定研究的方法，渗流的计算及边坡渗流的趋势进行了阐述。
关键词：渗流，边坡，稳定性，确定性目录摘要 (1)目录 (2)第一章边坡稳定性研究的现状 (3)1.1 定性分析方法 (3)1.2 定量分析方法 (3)1.2.1 确定性分析方法 (3)1.2.2 非确定性分析方法 (5)第二章渗流研究的现状 (5)2.1以实验研究为主的初级阶段 (6)2.2 以解析法为主要研究手段的发展阶段 (6)2.3 以数值模拟为主的高级阶段 (6)第三章渗流作用下边坡稳定性研究现状 (7)第四章渗流的计算 (7)4.1 渗流模型 (7)4.1.1 物理模型 (8)4.1.2 数学模型 (8)4.2 渗流计算 (9)4.2.1 解析法 (9)4.2.2 数值法 (9)4.2.3 实验模拟法 (9)4.3 应力场和渗流场的耦合作用 (9)4.4 渗流自由面 (11)4.5 渗透系数 (12)4.5.1 确定型模型结合实验方法 (12)4.5.2 随机模型方法 (12)4.5.3 克里格法 (13)4.5.4 数学模型反演求解法 (14)4.5.5 分形理论 (14)第五章边坡渗流研究的趋势 (14)参考文献 (16)第一章边坡稳定性研究的现状1.1定性分析方法该方法从边坡演化破坏中的主要影响因素、失稳力学机制以及变形破坏方式等进行考虑，以此分析评价边坡稳定的状态及预测边坡发展的趋势。
边坡渗流中渗出层的水力梯度变化规律研究
边坡渗流中渗出层的水力梯度变化规律研究韩洋;罗嗣海;王观石;胡世丽;桂勇【摘要】There is a boundary effect in the earth dam seepage or in-situ mineral leaching that the hydraulic gradient has a non-linear relation in the vicinity of the seepage area which is defined as the seepage layer. Its variation of hydraulic gradient is the crucial problem to calculate the seepage, which is also the key to control retrogressive landslide. The prismatic leaching test is conducted to obtain the relation of flow and measure spots under different infiltration hydraulic head. The results indicate that the area of which hydraulic gradient has a non-linear relation does exist. The thickness of seepage layer is 70 cm when the average hydraulic is 0.13; the thickness of seepage release boundary is increasing along with the raise of the infiltration hydraulic head, and the thickness of seepage layer is 120 cm when the average hydraulic is 0.40. The seepage flow velocity becomes faster from top to bottom at the same flow cross-section. The total test piece has the initial hydraulic gradient, which has less influence on the hydraulic gradient of seepage release boundary, therefore the linear fit is used between the flow velocity and the hydraulic gradient of seepage release boundary, and water presents the movement of the laminar flow in the seepage layer.%在土坝渗流或矿山原地浸矿中,水力梯度在距出渗端较近的区域呈现非线性变化的边界效应,把这段区域定义为渗出层.渗出层水力梯度变化规律既是渗流计算的关键问题,也是影响牵引式滑坡的重要因素.通过室内横向土柱浸渗流试验,研究土样平均水力梯度与渗出层厚度的关系.试验结果表明,在渗出层中水力梯度发生非线性变化,当土样平均水力梯度为0.13时,渗出层厚度为70 cm;随着土样平均水力梯度增大,渗出层厚度增大,当土样平均水力梯度为0.40时,渗出层厚度为120 cm;在试样同一过水断面处存在竖向流速差增大的现象;整个试样虽存在起始水力梯度,但起始水力梯度对渗出层平均水力梯度影响较小,流速和渗出层平均水力梯度可采用线性拟合,水在渗出层呈现层流运动.【期刊名称】《江西理工大学学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】6页(P8-13)【关键词】渗出层;水力梯度;离子型稀土矿;柱浸试验;边界效应【作者】韩洋;罗嗣海;王观石;胡世丽;桂勇【作者单位】江西理工大学,建筑与测绘工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学,建筑与测绘工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学,建筑与测绘工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学,建筑与测绘工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学,应用科学学院,江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TV139.16在土坝或其他岩土体渗流中，在下游坝坡出渗边界处存在一个渗出面，即浸润线与坡面的交点高出下游水位线的部分，如图1所示，A点为出渗点，B点为下游水与土坝交点，C点为坡脚，AB为渗出面，L为渗出面的长度，H为下游的水位高度.沿渗出面，水从坝坡坡面流到外部空间[1].水流在远离渗出面的地层中是渐变流，能近似满足达西定律的连续性假设，而在渗出面上地下水流是突变的，不满足连续性假设条件，所以用一般的解析法难以求出渗出面分布高度.计算渗出面高度最常用的为巴甫洛夫斯基的分段法渗流计算公式，其他比较典型的计算方法还有爱林别格尔经验公式等[2].影响渗出面高度的因素很多，主要与渗流量、土层的渗透系数、地表水水位高度及下游边坡的边坡系数等有关系[3-4].根据经验，当渗流的流量越大，其渗出面的高度值越大；当土层的渗透系数越大，渗出面高度越小[5].在不透水地基上的土坝渗流或赣南离子型稀土矿山原地浸矿中，土体具有完整的隔水底板，液体在坡脚出渗，但是由于部分坡脚的土体性质发生改变（如坡脚有粘土层覆盖等），液体难以出渗，所以在这个渗出面就不符合上述基于经验的渗流计算[6].山脚边坡系数通常较小，甚至会出现临空面的情况，所以根据下游无水时渗出段上的坡降分布规律，造成在这个点处水力梯度很大甚至会趋近于无穷大.由于浸润面是渗流过程中在土层里形成的自由液面，故其水力梯度变化是线性的，由此可知，在实际渗出面以下的土体内部，水力梯度变化是非线性的，且离底板处越近水力梯度下降越快，渗流速度也就越快，离出渗处较近的区域就存在边界效应[7].所以我们把水力梯度为非线性变化的这段区域定义为渗出层，如图1中土坝内部从C点到x方向上直线的某一点处这段距离就为渗出层的厚度，这一点也就是地下水渗流的水力梯度从线性到非线性变化的分界点.从图1可以看出，渗出面属于渗出层的一部分，也就是浸润线以下裸露在外部的山体表面.渗出层的厚度与渗出面的高度两者变化是一致的，渗出面越高，渗出层就越厚.在采矿过程中一般采取的措施是设置排水孔和开挖巷道及修设集液沟以增大渗出层的厚度，其目的一是让离子交换后的溶液可以及时顺利的进行回收，提高采矿效率；二是减小渗流速度，防止因渗流速度过快而引起水土流失和坡脚底层滑坡[8-10].这就需要知道渗出层厚度及其内部的水力梯度变化规律.在土坝渗流以及其他山体边坡渗流中，都存在一个渗出层，其水力梯度呈非线性变化[11].水力梯度非线性变化部分的水平长度为渗出层的厚度，通过室内横向柱浸饱和渗流试验，选取一定长度的土体试样，并布置测压管，不断调整入渗水头的高度，可以得到流量与试样各测点的关系，分析不同入渗水头条件下出渗层厚度及其水力梯度的变化规律.1.1 试验装置试验装置如图2所示，该装置由试样柱、溢水管、测压管、供水瓶、盛水器等组成.其中主管为内径105 mm，长度1800 mm的PVC管，测压管由主管通过乳胶管连接而成.乳胶管与测压孔连接部分用纱布堵住，防止土颗粒被水冲入乳胶管造成堵塞而影响水头.土柱两端用透水石固定防止土颗粒被冲走而造成渗流破坏.试样土柱的直径为105 mm，长为1500 mm，从土样一侧表面开始每隔100 mm分布一个测压管，共分布16个测压管.恒定入渗水头高于土样，另一侧设有排水管收集渗出液，排水孔水平高度设为9 mm，以模拟实际中下游有自由水面的情况.1.2 矿样选取本次试验选取的是江西省寻乌县某离子型稀土矿，土样基本参数如表1所示.1.3 试验步骤1）安装仪器按图1所示结构安装仪器，并检查各管路接头是否漏水.2）装样①称取所需土的质量，将试样分层装入PVC管内，每层高度为5 cm，分层捣实，每捣实一层后对土表面进行刨毛处理以避免试样出现层面而影响试验结果.②试样两端放入透水石并固定住以防止土颗粒被水冲走[12].3）测记读数①打开溢水管最低处的出水管，即出水管口处高于试样上部20 cm，使形成水位差使水渗入试样，经过试样至排水管流出.②将供水瓶提高至溢水管以上，打开供水瓶，使供水瓶中的水从上方注入溢水管，直至溢水管内出水口以下充满水.③通过调节供水瓶止水夹，使进入溢水管内的水量多于溢出的水量，使溢水管始终有水溢出，试样处于常水头状态.④试验开始时每20 min记录一次入渗流量与出渗流量.⑤当测压管有水头时，每30 min记录一次测压管水位高度H1，H2，…，H16.⑥所有测压管水头稳定后（24 h内水位差小于1 mm），记录测压管水位高度ΔH1，ΔH2，…，ΔH16.⑦改变常水头高度与试样孔隙比，重复上述步骤.通过在试验过程中记录的流量数据，可算出土的饱和度Sr.根据土的饱和度公式：式（1）中VW为土中水的体积，VV为土中孔隙的体积.由于测压管的直径非常小，测压管中的水可忽略不计.将计算出的VW与VV代入公式（1），得Sr= 83.63%，通常认为当Sr＞80%时，土处于饱和状态，所以该试验为饱和渗流试验.水在土中渗流是由水头差或水力梯度引起的，根据D·伯努利定理，水头的定义为：式（2）中 h为总水头；V为渗流速度；g为重力加速度；P为水压；γw为水的重度；z为基准面高程.当水在土中渗流时，由速度引起的速度水头就为，经计算，各入渗水头下的速度水头在表2中列出，可以看出由速度引起的水头为10-5cm数量级，因为其渗流速度很慢，故速度水头可以忽略不计，即在试验中认为测压管水头等于位置水头与压力水头之和.稳定时各测压管水头读数如图3所示.由图3可知，在入渗水头分别为20 cm、30 cm、40 cm、50 cm以及60 cm的稳定渗流状态下，越是靠近出渗端的位置测压管水头下降得越快，说明在越靠近出渗口沿程阻力越大，即能量损失越大.在原地浸矿中，若渗出层厚度不够或表面粘土层较厚，则渗液能力减弱，采场注入量大而渗出量少.随着时间的推移，采场内就会积累大量的溶液，极易发生底层滑坡[13].在同一入渗水头下，选取相邻两测压管之间的土样长度即10 cm作为一段，利用水力梯度公式计算在不同入渗水头下各段的水力梯度，计算结果如图4所示.在某一入渗水头下，曲线都可分为前半部分稳定波动段和后半部分迅速上升段，由此可推测试样存在一个水力梯度为非线性变化的出渗边界[14].由于最右端的测压管处于出渗口处，那么这个测压管的测压孔有一部分与管内水面接触，又因为试样右侧为满水管，故测压管的水头与管上部基本平齐，因此该测压管的水头可认为是0.这个测压管测得的水头不再是土样内部的水力梯度，故把最后一个测压管的数据需先去除再作讨论.为便于参数的统一，在这里使用土样平均水力梯度代替入渗水头进行分析.因为每个入渗水头都对应了一个总土样长度的土样平均水力梯度，根据水力梯度计算公式，Δh为入渗水头的高度减去出渗端水头的高度，L为土样的长度.在试验中最后一根测压管读数为0，所以这里的Δh就为入渗水头的高度，故入渗的土样平均水力梯度就为入渗水头与土样长度的比值.图5是用曲线去分别拟合每个入渗水头下整个试样的水力梯度变化，由于曲线均存在随着距入渗端越远斜率越来越大的情况，故证实了渗出层的存在.因为渗出层的厚度是水力梯度非线性变化的区域，令每条曲线的一阶导数为0，可求出渗出层与非渗出层临界点的坐标，结果如表3所示.如图6所示在图中绘出临界点（图中×号），拟合临界点趋势，得其方程为y=-0.0039x+0.260，R2= 0.93812，说明不同入渗水头下的临界点呈线性关系，入渗水头越大，渗出层厚度越大.该直线可把图像分为左右两个部分，左侧为非渗出层，右侧为渗出层.图6中左侧部分呈现平稳或缓慢下降趋势，右侧呈现迅速上升趋势，也就是试样的水头损失是先不变或减小再迅速增大的，说明试样两端均存在边界效应.但是试样的入渗端水力梯度是远小于出渗端水力梯度的，所以出渗侧的边界效应要远大于入渗侧的边界效应.随着入渗水头的增加即压力的增加，非渗出层厚度越来越小，渗出层厚度越来越大.由此可知，入渗侧的边界效应随着压力的增加而减小，出渗侧的边界效应随着压力的增加而增大.由于在实际工程中主要考虑的是边坡坡脚出渗的问题，所以在这里对出渗一侧做主要研究对象.根据图6直线的右侧曲线，可清晰的得到出渗层厚度随着入渗水头的增大而增大.由图6可知水力梯度增加的幅度是越来越大的，对直线右侧的测压点重新进行曲线拟合，如图7所示，发现二次曲线拟合结果比线性拟合结果要精确得多，由此也验证了水力梯度是随着距离的增加而呈非线性变化[15].法国工程师H·达西通过试验得出了层流条件下土中水渗流速度与能量（水头）损失之间关系的渗流规律，即达西定律：式（3）中 q为单位渗水量；v为过水断面的平均渗流速度；J为水力梯度，或称水力坡降；k为土的渗透系数.达西定律表明在层流状态的渗流中，渗流速度与水力梯度的一次方成正比.但是，对于密实的黏土，由于吸着水的黏滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值，克服了吸着水的黏滞阻力以后，才能发生渗透.将这一开始发生渗透时的水力梯度称为黏性土的起始水力梯度.在水力梯度呈非线性关系的这段土样中，渗透系数k不变，而水力梯度J是不断增加的，由达西定律公式可知渗流速度是随着水力梯度的增加而增加的.而在任意一个过水断面中，其平均的渗流速度v是不变的，所以在一个过水断面处的不同水平位置流速是不同的.之所以会发生水力梯度变化的情况，是因为测压点布置在同一条水平线上，且每个过水断面不同水平位置的流速又不同.因为处在同一水平线上测压点的水力梯度是越来越大的，所以同一水平面上的流速是越来越大的，而整个断面又是保持相同的流速，故在同一个过水断面处不同水平高度处的流速是不同的，且高度越小流速越大.且因为从左到右水力梯度不断增大，所以竖直方向的流速差越来越大，也就是说随着离出渗端越近，同一过水断面处竖向流速差越大[16].计算不同入渗水头下的流量和平均流速，计算结果已在表2中列出，绘出流速与水力梯度关系的拟合曲线如图8所示.由图8可知入渗水头越大，即土样平均水力梯度越大平均渗流速度越大，且呈线性关系.根据水力梯度与平均流速，计算不同入渗水头下的整个试样的平均水力梯度和渗出层平均水力梯度，作出流速与水力梯度图，如图9所示.水力梯度随着流速的增大而增大，根据达西定律表达式v＝kJ可计算出试样的渗透系数[17]，对土样平均水力梯度进行拟合计算得到试样的渗透系数为4.4×10-5cm/s.在不同的入渗水头下，渗出层平均水力梯度总是大于土样平均水力梯度，故在原地浸矿中山脚的出渗中处比其他地方更容易发生滑坡.对两个水力梯度进行拟合，若对土样平均水力梯度进行线性拟合其截距为负数，说明存在起始水力梯度，故对土样平均水力梯度进行非线性拟合，拟合结果如图10所示.拟合结果土样平均水力梯度曲线方程为y=0.08703x2-0.04004x+0.11156，R2= 0.98364.对渗出层平均水力梯度分别进行线性和二次曲线拟合并对比精确度，发现线性拟合的精确度更高，线性拟合方程为y=0.1846x+0.040，R2= 0.96799，非线性拟合方程为 y=-0.00641x2+ 0.20368x+0.05317，R2=0.94449，由于二次曲线拟合果中二次项系数非常接近于0且精度小于线性拟合，所以采用线性拟合方式[18].对整个土样，渗流曲线不通过原点，而是于纵坐标有一个交点，这个交点值为起始水力梯度，土样平均水力梯度能反映起始水力梯度，通过拟合结果可知土样的起始水力梯度为0.11.水力梯度和渗透流速为二次曲线时更符合土样的实际渗流情况.当前最常用的二次孔隙介质渗流基本方程是Forchheimer方程（1901）[19]：式（4）中J为水力坡度，V为渗透流速，a、b和c为经验常数.通过二项式拟合的相关系数R2超过0.98，故认为Forchheimer方程可以准确地描述该粒径下的渗流水力梯度和平均渗透流速之间的关系.对于渗出层段水力梯度，水力梯度与平均渗流速度呈线性变化关系，可知水在渗出层内部依旧呈现层流的状态.其原因是在同一测压孔水平面下渗出层的渗流速度相对较大，起始水力梯度对渗出层平均水力梯度的影响很小.从图10中可以看出，在同一平均流速下，渗出层内的水力梯度比土样平均水力梯度要大，故渗出层内的水力梯度也比渗出层外的水力梯度要大，所以在渗出层内更容易产生牵引式滑坡的现象.1）提出渗出层的概念，并通过室内柱浸试验证实了渗出层的存在.在稳定渗流的条件下，在试样后半部分随着离出渗端的距离越近水力梯度越大且呈非线性变化. 2）入渗侧与出渗侧均存在水头损失的边界效应，入渗水头越大边界效应越明显，且出渗一侧的边界效应更加明显.3）当土样平均水力梯度为0.13时，渗出层厚度为70 cm，随着土样平均水力梯度增大，渗出层厚度增大，当土样平均水力梯度为0.40时，渗出层厚度为120 cm.4）渗出层内同一个过水断面处水平高度越小，渗流速度越大；且离出渗端越近，流速差越大.5）水在渗出层内依旧呈现层流运动.土样的平均水力梯度能反映起始水力梯度，而起始水力梯度对渗出层平均水力梯度的影响很小，所以在渗出层内流速与水力梯度满足线性关系.【相关文献】[1]贝尔（J.Bear）.多孔介质流体动力学[M].北京:中国建筑工业出版社，1983:206-207.[2]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].2版.北京:中国水利电力出版社，2003:91-94.[3]Jiang Q H,Ye Z Y,Zhou C B.A numerical procedure for transient free surface seepage through fracture networks[J].Journal of Hydrology, 2014,519(A):881-891.[4]Rafiezadeh K,Ataie-Ashtiani B.Transient free-surface seepage in three-dimensional general anisotropic media by BEM[J].Engineering Analysis with BoundaryElements,2014,46:51-66.[5]赵晓峰.基坑降水中的渗出面 [J].岩土工程技术，2012，26(3): 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降雨与库水位涨落作用下边坡渗流场分析
力梯度的分布情况， 为边坡稳定性分析提供 了可靠依据。
关键词 非饱和渗流； 降雨与水位涨落； 浸润线； 水力梯度 ； 中图分 类号 ： Ｖ ２ Ｔ ２３ 文 献标识 码 ： Ａ
降雨 与水位 涨 落是诱 发 滑坡 的重 要 因素 。三峡 工程 建成后 库 区 每年 将 有 ３ ｍ 的水 位 涨落 ， 三峡 ０ 且
摘 要 降雨 与水位 涨 落会使 渗 流场 产生剧 烈 变化 ， 而渗 流 场计 算是 边 坡 稳 定分 析 的
重要依 据 。在分 析 比较各 种 渗流 计算 方 法的基 础 上 ， 用饱 和 一非饱 和 渗 流 理 论 计 算 降雨 采 与 水位涨 落作 用下 的边 坡渗 流 场 ， 析 了渗流 场随 时 间的 变化规 律 以及 渗 透 系数 、 位 变 分 水 动速 度 对边坡 渗 流 场的 影响 ， 出了浸 润线 在水位 下 降过程 中各 时刻 的具 体位 置 ， 得 以及 水
目 前关于这方面的研究有 ： 郑颖人等根据 Ｂｕｓ ｅ 非稳定流微分方程 ， ｏｓ ｎｓ ｉ ｑ 得到了库水位下降时坡体 内浸润 线 的简化计算 公 式 ， 推导 了土条周 边水 压力 与渗 透力 的关 系 以及安 全 系数 的计算 公 式 ， 为安全 认
系数与渗透力和土条浮重有关 ； 廖红建 、 高石夯等研究了渗透系数与水位下降速度对边坡稳定的影
其是位移变形分析法需要更进一步 的渗流计算结果作 为分析基础 ， 因此对 降雨与水位涨落情况下的边 坡渗 流场作 进一 步 的探讨 是具 有 一定 实 际意义 的 。
２ 饱 和 与非 饱 和 渗 流 模 型
水 位涨落 与 降雨作 用下 的边坡 渗流 场是 饱 和与非饱 和 的非稳 定渗 流 场 ， 即浸 润线 以上是 非饱 和区 ， 浸润线 以下是 饱 和 区 ， 随着 水位 的涨落 与雨量 的变化 ， 和区与 非饱 和 区也在 改 变 。非饱 和 区土壤 水的 饱
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效应 ． 把 这段 区域 定 义 为渗 出层 ． 渗 出层 水 力梯 度 变化 规 律 既是 渗 流 计 算 的关键 问题 。 也 是 影 响 牵 引式滑坡 的 重要 因素 ． 通过 室 内横 向土 柱浸 渗 流试验 ． 研 究 土样 平均 水 力梯度 与 渗 出层厚 度 的
关 系． 试 验 结果 表 明 ， 在 渗 出层 中水 力梯 度 发 生非 线 性 变化 ． 当土样 平 均水 力梯 度 为 ０ ． １ ３时 ， 渗
（ ａ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ＆ Ｍａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ； ｂ ． Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，
第３ ８ 卷 第３ 期
２ ０ １ ７年 ６月
江西理 工大学学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ８ ， Ｎｏ ． ３
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ４ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｄ ａ ｍ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｏ ｒ ｉ ｎ － ｓ ｉ ｔ ｕ ｍｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｓ ａ ｎ ｏ ｎ － ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｃ ｉ ｎ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｉｎ ｆ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ． Ｉ ｔ ｓ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｕ ｃ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｒ ｅ ｔ ｒ ｏ ｒｅ ｇ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｓ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ
出层 厚 度 为 ７ ０ ａ ｍ； 随 着土 样 平 均水 力梯 度 增 大 。 渗 出层 厚度 增 大 ， 当土样 平均 水 力梯度 为 Ｏ ． ４ ０
时， 渗 出层厚 度 为 １ ２ ０ ｃ ｍ； 在 试样 同一过 水 断 面处存 在 竖 向流 速 差增 大 的现 象 ； 整 个试 样 虽存 在
起 始 水 力梯 度 。 但起 始 水 力梯 度 对渗 出层 平 均水 力梯 度影 响较 小 ． 流 速和 渗 出层 平 均 水 力梯度 可 采 用线性 拟合 ． 水在 渗 出层 呈现 层 流运 动． 关键 词 ： 渗 出层 ； 水力梯 度 ； 离子 型稀 土矿 ； 柱浸 试验 ； 边界 效 应 中 图分类 号 ： Ｔ ｖ １ ３ ９ ． １ ６ 文献标 志 码 ： Ａ
边坡渗流 中渗 出层 的水力梯度变化规律 研究
ｂ 韩洋 ａ ， 罗嗣 海 ａ ９ 王观石 ａ ， 胡世 丽 ａ ， 桂 勇
（ 江西理工大学 ’ ａ ． 建筑与测绘工程学院 ； ｂ ． 应 用科 学学院 ， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘
要： 在 土坝 渗流 或矿 山原 地 浸矿 中， 水力梯 度在 距 出渗 端较 近 的 区域 呈现 非 线性 变化 的边界
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ７
文章编 号 ： ２ ０ ９ ５ — ３ ０ ４ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ０ ８ — ０ ６
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ２ ６ ５ ￣ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｘ ｌ ｇ ｄ ｘ ｘ ｂ ． ２ ０ １ ７ ． ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ
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