众多学者［14，15］通过现场观测以及射流理论研究表明，气泡穿透水体达到一个“有效”水深后，气泡释放空气进入水体的能力将降低，该有效水深d eff约等于尾水深d tw的2/3倍，即式表明，当水体紊动足够强烈，有大量气泡存在时，水深越大，气泡内气体的有效饱和溶解度Cse越大，意味着氧分子进入水体的量可能越多。如果Cs用100%表示，当d tw＝1m时，Cse＝107%；当d tw＝10m时，Cse＝167%；当d tw＝50m时，Cse＝430%。......
2023-06-26
饱和与非饱和孔隙压力场的演化过程
【摘要】：图9.8反映了边坡在连续降雨5天后和雨后5天内的孔隙压力分布变化。饱和度小于1.0的区域表示边坡中出现的非饱和区，其对应的孔隙压力压小于零。图9.10A剖面处孔隙水压力高程分布图图9.11B剖面处孔隙水压力高程分布图降雨引起边坡出现暂态饱和区，暂态饱和区的水压力分布复杂，且在不同时刻不同。
图9.8反映了边坡在连续降雨5天后和雨后5天内的孔隙压力分布变化。连续降雨5天后，边坡坡体、坡顶和坡脚土体已经由降雨前的负孔隙压力状态转化为正孔隙压力状态，且与坡体下部中的正孔隙压力区连通；坡体以上正孔隙压力区范围相对较小。降雨10天后，坡体中的负孔隙压力区继续减少，但相对于前5天的负压区减少速度要缓慢；边坡坡体上部中的正压区范围继续扩大。
图9.8（c）、图9.8（d）、图9.8（e）表明降雨停止后，边坡坡顶表层以下暂态饱和区中的水分在重力作用下，继续向边坡下部渗透；而在斜坡面表面以下暂态饱和区中的水分在重力一方面继续向边坡体更低位置渗透，另一方面暂态饱和区中的水分通过坡面出渗，向坡体外部排出。降雨停止1天，斜坡表层和坡顶以下1～2m范围内重新出现负压区；而雨后3～5天后，负压区大幅度增加，边坡原来连通的暂态饱和区被明显分割成两部分。
图9.8（b）、图9.8（c）清晰地表明：在降雨过程中及降雨停止后，边坡体中出现了较大范围的暂态饱和区，饱和区内出现正孔隙水压力，即暂态水压力。暂态水压力分布规律：坡面孔隙水压力很小（近似为零）；坡面附近数值较小；暂态饱和区下缘与非饱和区接触面上的孔隙水压力为零；最大值出现暂态饱和区中部偏上部位。由于边坡坡脚处受坡脚平台降雨入渗补给和斜坡体下岩土体中孔隙水下渗补给的双重影响，因此，地下水位上升较大。坡顶部位铅直下方的土体由于仅仅受坡顶面上的降雨入渗补给，降雨过程中始终存在非饱和区，使得暂态饱和区很难延伸到潜水面的位置，潜水面的升高也将会很小（通过非饱和区补给到初始潜水面上引起的潜水面升高），因此，该部位饱和区的渗流场变化不大。
图9.9为不同时期边坡的饱和度。饱和度小于1.0的区域表示边坡中出现的非饱和区，其对应的孔隙压力压小于零。饱和度为1.0的位置与孔隙压力为0的等值线相对应。由此可见边坡中的地下水位线的动态变化过程是十分复杂的。
图9.8（一） 孔隙压力分布变化图（单位：k Pa）
图9.8（二） 孔隙压力分布变化图（单位：k Pa）
图9.9（一） 边坡饱和度等值线图
图9.9（二） 边坡饱和度等值线图
图9.9（三） 边坡饱和度等值线图
图9.10和图9.11分别为坡脚处A剖面和坡体中部B剖面上的孔隙水压力沿高程的分布图。降雨前边坡体内的孔隙水压力（正压和负压）按照重力呈线性分布。随着降雨入渗量的增加，边坡表层土体逐渐由非饱和状态向饱和状态转变。
A剖面在连续降雨入渗2天后，表层出现暂态饱和区，其厚度约为5.0m；暂态饱和区下部仍然为非饱和区，而原始地下水位高度几乎没有变化。连续降雨4天后，A剖面处于完全饱和状态。尽管A剖面处于完全暂态饱和状态，但剖面上的暂态水压力分布并不按重力呈线性增加的分布形态。随着降雨的持续，边坡中暂态水压力持续增加，但始终未达到按静水压力计算得到的孔隙水压力分布。
B剖面处的孔隙水压力空间分布与A剖面类似。但由于B剖面位于边坡中部，表层出现暂态饱和区的时间相对较晚，大约在3天后才开始出现暂态饱和区。连续降雨5天后，B剖面才完全处于饱和状态。同样，A剖面上的暂态水压力分布也不是按重力呈线性增加的分布形态，暂态饱和区中的暂态水压力始终未达到按静水压力计算得到的孔隙水压力分布。
图9.10 A剖面处孔隙水压力高程分布图
图9.11 B剖面处孔隙水压力高程分布图
降雨引起边坡出现暂态饱和区，暂态饱和区的水压力分布复杂，且在不同时刻不同。即使边坡在降雨过程中处于完全饱和状态，其水压力也小于按地下水位线计算的静水压力。这种现象值得关注，而降雨入渗引起的暂态水压力分布机制仍有待进一步研究。
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