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非饱和带是连接地表水和地下水的纽带,在水文循环中具有至关重要的作用。随着对渗流问题的精细分析,非饱和渗流研究也从简单的单相流扩展为复杂的多相流。在水利工程和岩土工程中,深入研究降雨过程中非饱和带的水分运移规律,对于确定地表径流量的大小,阐明地下水的形成机制以及分析非饱和边坡稳定问题都具有重要的理论意义和实际应用价值。本文基于非饱和土中水相和气相所满足的线动量平衡、动量矩平衡和质量平衡方程,建立水-气二相流模型,模拟分析了降雨条件下,土体中的入渗规律、Lisse现象及非饱和土坡的稳定问题。主要研究成果如下:(1)建立了非饱和土的水-气二相流模型,给出了入渗边界条件和初始条件的数学处理方法,并利用一维经典积水入渗实验进行验证,结果吻合较好。说明所建的水-气二相流模型可以在一定程度上反映非饱和土中的水分运移规律,具有实际的物理意义。(2)基于水-气二相流模型,模拟分析了降雨条件下,考虑孔隙气影响的非饱和土中水分运移转化规律,包括水相饱和度、孔隙压力和毛细压力的分布变化情况,入渗率、累积地表径流量和累积下渗量的变化过程,以及Lisse现象和地下水获得补给量的变化。并进一步分析了影响降雨入渗的外在因素和内在因素:降雨强度、进气值、土体均匀程度和渗透率。(3)以水-气二相流模型计算的渗流场为依据,采用改进的非饱和土抗剪强度理论,推导出给定圆弧滑动面上安全系数公式,并在同时考虑孔隙气压力和毛细压力的作用下,对非饱和土坡的稳定问题进行分析研究。首先分析降雨过程中,给定滑动面上安全系数的变化规律,以及孔隙气压力对安全系数的贡献与滑动面底部总气压力的关系,毛细压力对安全系数的贡献与滑动面底部总毛细压力的关系;然后分析了不同降雨强度、进气值、土体均匀程度和渗透率下,非饱和土坡安全系数的变化情况。