[發明專利]一種降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法

在審

• 申請號: 202011404492.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112685874A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 韓佳明;董照;蘇三慶;任建喜;劉明明;金超
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F17/13;G06F17/15;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 封浪

1.一種降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，包括：

建立水平和傾斜兩種黃土邊坡滲流場分析模型，構建二維非飽和黃土滲流控制方程；

求解所述二維非飽和黃土滲流控制方程，計算出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面瞬態含水率分布情況，以及非飽和黃土水平坡面和斜坡面滲水深度與降雨強度、降雨歷時的關系。

2.如權利要求1所述的降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，所述建立水平和傾斜兩種黃土邊坡滲流場分析模型，構建二維非飽和黃土滲流控制方程，包括：

建立水平和傾斜兩種黃土邊坡滲流場分析模型，在非飽和黃土土體中任意選取微小六面體，依據多孔介質理論、水力學理論和達西定律，得出二維非飽和黃土滲流的控制方程：

其中，k為水的滲透系數，h_w為邊坡黃土中一點處的水頭，θ為雨水入滲后表層黃土的體積含水率，z為水平黃土邊坡滲水深度，t為降雨歷時。

3.如權利要求2所述的降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，所述求解所述二維非飽和黃土滲流控制方程，計算出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面瞬態含水率分布情況，包括：

將水平方向和豎向降雨方向的坐標系對應轉換為沿角度為α的斜坡坡面方向和垂直于坡面方向，得到經過坐標轉換后的非飽和黃土滲流控制方程：

式(a)中，z*為垂直于傾斜坡面方向滲水深度；

根據土水特征曲線方程、非飽和土的滲透系數方程，解得式(a)的偏微分方程，根據所述偏微分方程，求解出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面瞬態含水率分布情況。

4.如權利要求3所述的降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，所述根據所述偏微分方程，求解出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面瞬態含水率分布情況，包括：

根據所述偏微分方程，求解出降雨過程中非飽和黃土邊坡斜坡面瞬態含水率分布情況，再根據水平坡面與斜坡面間的坐標轉換關系，求解出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面瞬態含水率分布情況。

5.如權利要求3或4所述的降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，所述根據土水特征曲線方程、非飽和土的滲透系數方程，解得式(a)的偏微分方程，根據該偏微分方程，求解出降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面瞬態含水率分布情況，包括：

采用Van Genuchten函數描述土水特征曲線方程，用Gardner函數來描述非飽和土的滲透系數方程，解得式(a)的偏微分方程為：

式(b)中，

k_s為飽和滲透系數；

d、a為經驗常數；

b、n為經驗常數；

θ_s為飽和體積含水量；

θ_r為殘余體積含水量；

對式(b)進行約波化得到常微分方程：

將(c)式的解采用(1/G′)展開法表示為級數，解得通解為:

其中，通解中c₁、c₂、c₃分別為：

θ₀為初始含水率，p為降雨強度；

根據通解分別得到降雨過程中非飽和黃土邊坡水平坡面和斜坡面滲水深度方向上水頭h_wx與降雨強度、降雨歷時的關系；依據土水特征曲線方程，分別計算出降雨過程中水平坡面和斜坡面滲水深度方向上黃土含水率與降雨強度、降雨歷時的關系。

6.如權利要求5所述的降雨入滲下非飽和黃土邊坡滲流控制方程計算方法，其特征在于，計算所述非飽和黃土水平坡面和斜坡面滲水深度與降雨強度、降雨歷時的關系，包括：

根據黃土在浸潤鋒線處含水率的分布特征，將黃土含水率取天然含水率，根據降雨過程中水平坡面和斜坡面滲水深度方向上黃土含水率與降雨強度、降雨歷時的關系，分別計算出非飽和黃土水平坡面和斜坡面滲水深度與降雨強度、降雨歷時的關系。