降雨条件下非饱和土径流渗流耦合模拟研究

"该文档是关于大数据和算法在降雨条件下饱和非饱和土径流渗流耦合数值模拟研究的学术论文。" 本文深入探讨了在降雨影响下，饱和非饱和土体的径流渗流耦合现象，尤其关注其对边坡稳定性的影响。滑坡的稳定性受到多种内外因素的共同作用，其中降雨是近年来导致边坡失稳的主要外部因素之一。因此，对降雨条件下坡面水动力学的研究对于理论发展和实际工程应用都至关重要。 论文首先介绍了非饱和土中水分运移的基本规律，特别是土水特征曲线，该曲线具有滞后特性。考虑到这一特性，作者提出了一种方法，根据初始含水量来确定数值模拟初始阶段非饱和土的渗透系数，以更准确地反映实际情况。 接着，作者编制了一个基于Richards控制方程的饱和-非饱和渗流有限元分析程序，通过一系列算例验证了程序的准确性，并改进了传统的流量计算方法，从而提高了计算精度。此外，文章还构建了降雨条件下非饱和渗流的二维数学模型和边界条件，通过计算实例揭示了非饱和渗流的基本规律。 为了模拟坡面径流，文章使用了基于Saint-Venant控制方程的有限元分析程序，并通过解析解和实验数据对其进行了验证。同时，根据非饱和土水分转化机理，作者开发了降雨条件下地表水入渗和产流耦合的计算程序，提出了判断地表饱和的条件，这不仅提高了计算效率，也节省了计算资源。 论文进一步分析了降雨强度、初始含水量、饱和渗透系数、孔隙率以及饱和渗透系数比对非饱和土入渗和产流过程的影响，验证了传统理论的正确性。通过模拟小雨和大雨对地下水位变化的影响，得出地表排水沟对地下水变化影响不显著的结论。 关键词包括非饱和土入渗产流、降雨、Richards模型、Saint-Venant模型，表明这篇博士学位论文专注于这些领域的深度研究，旨在提供更精确的降雨条件下的土体水力学模型，以支持地质灾害预防和边坡稳定性评估。