间歇性降雨黄土边坡内界面非饱和渗流过程及机制

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01 摘要

       在中国延安进行的“沟垦复垦”工程中，黄土边坡中部的浅层破坏是由于雨水沿着原始黄土边坡和黄土边坡之间的内部界面不饱和渗流造成的。虽然通过模型试验观察到了这种现象，但非饱和渗流机制的具体性质仍不清楚。为了探索这一机制，我们在黄土填充的边坡上进行了间歇性降雨模型试验，并连续监测了不同区域的体积含水量。基于监测数据，采用Fredlund和Xing模型以及Childs和Collis-Geroge模型分析了内部界面的非饱和渗流过程和机理。结果表明，由于中部基质吸力低，底部基质吸力高，黄土充填边坡中部区域出现了积水现象。此外，不同区域孔隙生长和收缩的动态过程防止渗漏到底部区域。此外，基于基质吸力和渗透系数，从宏观角度总结了间歇性降雨期间界面孔隙的规律性。揭示了克努森扩散影响的非饱和渗流过程和机理。由于非饱和渗流的存在，黄土边坡中部出现浅层破坏。研究结果对界面防渗措施的现场应用具有重要影响。

02 图表

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03 结论

       这项研究揭示了由间歇性降雨引起的黄土填充斜坡界面上的非饱和渗流机制。我们得出以下具体结论。

(1) 雨水倾向于从界面下渗，界面中部和黄土充填边坡出现积水。此外，中部基质吸力低，底部基质吸力高，这是我们通过SWCC变换发现的。努森扩散增加了降雨初期底部区域的基质吸力，阻碍了雨水沿界面的入渗。这意味着基质吸力阻碍了黄土充填边坡与界面的不饱和渗流。因此，大部分雨水无法沿界面渗入底部区域，从而导致上述积聚。

(2) 与黄土边坡的基质吸力相比，界面处的基质吸力明显较低。结果，雨水往往会沿着界面渗出。另外，底部区域的雨水不是来自内部界面的渗流，而是降雨开始时的底部界面。因此，黄土充填边坡内部的饱和过程受内部界面和底部界面的控制。因此，黄土充填边坡的基质吸力表现出滞后性。

(3) 可以根据基质吸力计算各区域界面的渗透系数，然后根据渗透系数、基质吸力和孔隙大小将其分为六个阶段。渗透系数的变化与土壤孔隙的动态过程有关。间歇性降雨后，不同区域的孔隙受到不同的有效应力，导致孔隙被压实，输送雨水的能力降低。此外，底部压实度最高，输送雨水的能力最弱。因此，雨水不能渗漏到底部区域，不仅是因为底部基质吸力大，而且底部渗流孔隙被有效应力压实，变得太小，无法输送雨水。