降雨入渗主要受到时间和空间两个因素的影响，是一个动态的变化过程。边坡降雨入渗量取决于土体的初始含水率，降雨强度和降雨持时以及地表径流量。大量实验表明，降雨入渗曲线是一条递减曲线，见图9.2。图9.2降雨入渗曲线图9.3典型含水率分布剖面分区当均质土体地表为有积水入渗时，典型含水率分布剖面从上往下可分为4个区：饱和区，过渡区，传导区，湿润区。......
2023-06-28
降雨入渗与出渗边界的处理技巧
【摘要】：地面产流前，在降雨入渗过程中，当降雨强度小于边坡表层土体最大入渗率时，入渗量取降雨强度，当降雨强度大于边坡表层土体最大入渗率时，入渗量取最大入渗率。为了实现边坡降雨条件的模拟，需要对边坡表面的边界状况进行实时调整，以实现降雨入渗和边坡坡面在降雨停止后的出渗模拟。图9.6边坡降雨入渗边界及出渗边界模拟计算程序框图
降雨入渗边坡条件实际上为一个动态的边界条件。地面产流前，在降雨入渗过程中，当降雨强度小于边坡表层土体最大入渗率时，入渗量取降雨强度，当降雨强度大于边坡表层土体最大入渗率时，入渗量取最大入渗率。一般最大入渗率按饱和渗透系数考虑。地表产流前的边坡表面施加流量边界，为第二类边界条件。地面产流后，土体表层单元处于饱和状态，此时，在表层饱和单元处施加一个压力很小的压力边界或者取表面压力为零，即第一类边界条件。
降雨停止后，由于降雨入渗进入斜坡体内的水体在重力作用下，继续保持向边坡体内和下部渗流的趋势，在边坡斜坡表面，坡体内的水分既可向边界外溢出，也可能在重力作用下继续下渗。当斜坡上点因坡体内水分溢出而达到正孔隙压力时，边坡表层节点的边界调整为压力为零的压力边界。降雨停止后，边坡上部边界表面上的孔隙压力在重力作用下变为负值时，渗流边界改为零流量边界。
FLAC3D可以直接利用的边界有3种：①固定流量边界；②固定压力边界；③渗漏边界。为了实现边坡降雨条件的模拟，需要对边坡表面的边界状况进行实时调整，以实现降雨入渗和边坡坡面在降雨停止后的出渗模拟。FISH函数的实施过程如下：
（1）在地表面生成interface单元，利用interface单元信息自动寻找表层实体单元（zone），获得地表不同部位的饱和渗透系数ksat（控制最大入渗率）。
（2）通过interface单元信息，寻找地表表层每一个实体单元（zone）的外表面，并在该表面上施加流量边界，边界上的流量数值可以随计算时间实施调整，以模拟不同时期降雨强度的变化；在每一个计算时间步，对比降雨强度值与边坡岩土体的入渗率（可取边坡表层实体单元饱和渗透系数）之间的大小关系，取两者之间的小值作为边界上的流量输入值qs。
（3）通过interface节点信息，定位地表单元的节点位置，并在每一个计算步中，判断地表单元节点的孔隙压力（p）是否大于零。如地表节点的孔隙压力大于零，表明该节点达到饱和状态，地表将出现积水，因此在后一计算时间步中，将该节点的流量边界修改为压力边界（可取压力为零；考虑边坡表层积水驻留时间短，故可以按照一薄层水厚度换算成水压力，该值一般较小）。
（4）降雨停止后，移除地表单元表面的流量边界。对地表节点的孔隙水压力进行实时监控，当地表节点孔隙水压力大于零时，将该节点孔隙压力强制置零。节点孔隙压力为零的部位即为坡体内的地下水溢出点。
将上述过程编写为FISH函数，然后利用FISHCALL命令，即可在FLAC3D软件中实现降雨边界的模拟。图9.6为边坡降雨入渗边界及出渗边界模拟计算的FISH程序框图。
图9.6 边坡降雨入渗边界及出渗边界模拟计算程序框图
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