基于混合格式Richards方程的非均質土體滲流模擬

何玲麗 ，田東方

(1.水利與環境國家級實驗教學示范中心，湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443002)

許多巖土工程問題涉及到非飽和滲流過程，例如邊坡工程中的降雨入滲[1]，環境工程中地下水污染物運移等。非飽和滲流過程可由Richards方程描述[2]，該方程有3種基本格式：體積含水率格式（θ-form）、壓力水頭格式（h-form）和混合格式（mixed form）[3-4]。在數值模擬求解Richards方程時，體積含水率格式的優點是允許使用較大時間步長且具有質量守恒特性。但由于體積含水率在材料界面不連續，一般來說該格式適用于均質土體；經過Hills等[5-7]的發展，也可用于模擬非均質土體，但只適用于非飽和滲流模擬。壓力水頭格式適用于飽和-非飽和滲流模擬，但在模擬干土入滲時，該格式需要采用非常小的時間步長和細密網格，才能保證質量守恒。為此，Phoon等[8-9]提出使用混合格式，同時在迭代過程中將本次迭代的含水率在上次迭代的含水率處按泰勒級數展開為壓力水頭形式。

由于混合格式具有質量守恒特性，因而也被用于主變量轉換法（primary switching technique），目的在于結合體積含水率格式和壓力水頭格式的優點，即模擬時對非飽和區域采用體積含水率格式，飽和區域采用壓力水頭格式[10]。隨后，Hao等[11-12]提出對非飽和區域采用混合格式，而飽和區域采用壓力水頭格式的方法。He等[13]進一步指出，混合格式同樣適用于飽和-非飽和滲流模擬。

綜上所述，基于混合格式的數值模擬具有質量守恒特性且能模擬飽和-非飽和滲流的優點。……