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考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

雷文凯 董宏源 陈攀 吕海波 梅国雄

雷文凯,董宏源,陈攀,等. 考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20191027002
引用本文: 雷文凯,董宏源,陈攀,等. 考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20191027002
(LEI Wenkai, DONG Hongyuan, CHEN Pan, et al. Improved Green-Ampt infiltration model of soil slope considering inclination[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20191027002
Citation: (LEI Wenkai, DONG Hongyuan, CHEN Pan, et al. Improved Green-Ampt infiltration model of soil slope considering inclination[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20191027002

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

doi: 10.12170/20191027002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41672296);广西自然科学基金创新研究团队项目(2016GXNSFGA380008);广西研究生教育创新计划资助项目(YCSW2019046)
详细信息
    作者简介:

    雷文凯(1988—),男,湖北黄冈人,博士研究生,主要从事膨胀土边坡防护方面的工作。E-mail:llwwkk163@163.com

    通讯作者:

    梅国雄(E-mail:meiguox@163.com)

  • 中图分类号: TU42

Improved Green-Ampt infiltration model of soil slope considering inclination

  • 摘要: 针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型(简称为GA模型)更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。
  • 图  1  Green-Ampt入渗模型示意

    Figure  1.  Green-Ampt infiltration model

    图  2  考虑倾角的分层假定降雨入渗模型示意

    Figure  2.  Stratified assumption model considering inclination

    图  3  试验边坡

    Figure  3.  Test slope

    图  4  边坡土体土水特征曲线(加() 是的,纵坐标单位应加())

    Figure  4.  Water characteristic curve of slope soil

    图  5  边坡土体的体积含水率变化曲线(加() 是的,纵坐标单位应加())

    Figure  5.  Change curve of soil volume moisture content

    图  6  湿润锋深度变化曲线(图中ampt的首字母应大写??应大小,Ampt与Green不是同一个人)

    Figure  6.  Variation curve of wetting front depth

    图  7  边坡入渗速率随降雨持续时间的变化曲线

    Figure  7.  Change curve of infiltration rate of slope

    图  8  不同倾角下边坡降雨入渗深度随降雨历时的变化(雨强为25 mm/h)

    Figure  8.  Change surface of different rainfall infiltration depths with rainfall duration under different slope angles (Rainfall intensity is 25 mm/h)

    图  9  不同雨强下边坡降雨入渗深度随降雨历时的变化(边坡倾角为30°)

    Figure  9.  Change surface of different rainfall infiltration depths with rainfall duration under different rainfall intensities (Slope angle is 30°)

    图  10  不同土体渗透系数下边坡降雨入渗深度随降雨历时的变化(边坡倾角为30°、雨强为25 mm/h)

    Figure  10.  Change surface of different rainfall infiltration depths with rainfall duration under different soil permeability coefficients (Slope angle is 30°, and rainfall intensity is 25 mm/h)

    表  1  模型计算值与实测值统计

    Table  1.   Statistics of calculated and measured values of the model

    类别湿润锋抵达时间/
    min
    发生积水入渗所需降雨持续时间/min积水入渗刚开始
    发生时的入渗
    深度/cm
    10 cm20 cm30 cm
    入渗实例5311720286
    GA模型57160323427.6
    分层假定模型571202178014.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-27
  • 网络出版日期:  2020-08-13

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