堤基地下水非稳定运动的数值模拟研究.pdfVIP

堤基地下水非稳定运动的数值模拟 NumericalSimulationonGroundwater Movement in Foundation Dyke 张家发张伟 (水利部岩土力学与工程重点实验室．长江科学院土工研究所，武汉，430010) 摘要：介绍了饱和一非饱和非稳定地下水流运动数学模型；以长江重要堤防为背景概化得到典 型的堤基、堤身断面及土层饱和非饱和渗流参数、水文气象条件变化过程；提出了初始条件的 确定办法；对二元和多元结构堤基的地下水运动进行了模拟。结果说明，不被河流切割的含水 层受江水位变化的影响很小；被河流切割的承压含水层与江水位动态关系密切，水位迅速响应 江水位的升降变化；表层弱透水层作为潜水含水层，主要通过与下伏并被河流切割的承压含水 层之间的补给排泄而受江水位的间接影响，影响程度小得多，且滞后现象更明显；被河流切割 的承压含水层厚度越大或渗透性越强，江水位变化对地下水动态的影响越显著，包括影响幅度、 范围和速度。 关键词：地下水数学模型承压水含水层潜水古水层水位 1 引言 现行的《堤防工程设计规范》采用稳定渗流理论指导渗流计算和渗流控制措施设计。 实际上，堤防工程在汛期经历一个个洪水过程，洪峰水位和洪峰形态，甚至前一次洪水过 程(或“底水”)都会影响堤基渗流场的分布和安全状态…。这种洪水过程作用下的渗流场应 该用非稳定渗流理论进行研究。渗流控制措施对地基地下水运动会带来一定的影响，例如 防渗墙对地下水动态和环境的负面影响就引起不少关注，要研究这类问题也要采用非稳定 渗流理论【2Jo 本文介绍饱和非饱和非稳定水流运动数学模型和堤基水流运动的模拟方法，并用以模拟 典型水文、气象、地质和工程条件下的水流运动，分析堤基非稳定水流运动的特点，尤其是 江水位对地下水动态的影响规律，为相关研究提供基础。 2数学模型和模拟方法 ’ 连续介质中的饱和非饱和水流运动可用下列方程描述： m 式中：^为压力水头，在饱和区为正压力水头．在非饱和区为负压水头，不仅在空间上变化， 且随介质含水go的变化而变化；觚矗)是水力传导率函数，与蛳幻一起是反映介质水力特性的 标系中水平面上的两个坐标轴，z为正向向上的铅直坐标轴。 模型的初始条件表示为 80- 第二届全国岩土与工程学术大会论文集 ^陇yz，o)=ho∞y，z) (2) 模型的边界条件包括： 已知水头条件 ^(xy，z0+Z=，lCx，E五f) (3) 已知流量条件 。 、。 踯)f竺+丝+．ah+11：，2(x，Y，z,t) x0)oY0z4( 。L ，一 在最典型的降水入渗和蒸发排泄边界上，已知流量的边界条件表示为 。