渗水桩是一种可以提高地表降雨入渗效率的设施,主要应用于海绵城市建设.渗水桩通过改变地表透气边界,降低土体内孔隙气压力,促使雨水快速入渗,达到“排气减压、促进入渗”的目的.基于水气两相流理论,采用数值模拟方法分析渗水桩的渗水性.结果 表明,土体埋设渗水桩可以显著减小孔隙气压力,提高地表入渗率;渗水桩渗水性在中锋型降雨时发挥最优;桩材料的饱和渗透系数越大土壤累积入渗量越大,增长率呈减速增长;保证体积不变渗水桩由窄变宽更利于雨水入渗,超过宽深比阈值后,渗水桩的促渗效果无显著变化.渗水桩有利于提高雨水入渗量,降低地表径流量,研究成果为渗水桩的适宜条件、材料选择及几何形态的设计提供了依据.

水气混合流体动力黏滞性是数值模拟水气混合流体流动的关键参数,其大小受掺气量、水气掺混程度和温度等因素的影响.然而,现有的水气混合流体黏滞性模型大多仅考虑了气体掺量的影响,导致不同模型之间的差异性较大,同一气体体积分数条件下,不同黏滞性模型得到的水气混合流体黏滞系数相差可达到两个量级.该文结合试验测试、理论推导以及数值模拟等手段,提出了一种水气混合流体黏滞性测试方法,利用纯水对该测试方法进行了验证,试验测试结果验证了该方法的正确性和可行性.在此基础上,通过定义表征气体掺混程度的参数,推导了一个能够同时考虑掺气量及掺混程度的水气混合流体黏滞性模型,并分析了水气混合流体黏滞性随掺气量及掺混程度的变化规律.

降雨入渗影响下的土体非饱和渗透特性是一个非恒定非饱和的变化过程,探究土体非饱和渗透特性对降雨入渗的研究具有重要意义.基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同非饱和渗透特性条件下的降雨入渗过程,探究了不同渗流特性与稳定入渗强度的关联性.结果表明:当饱和度较低时,通过改变参数所反映的基质吸力对土体的稳定入渗强度影响显著;当饱和度接近1时,土体的入渗强度影响几乎不受基质吸力的影响.土体稳定入渗强度极值点的位置主要由本征渗透性的决定,而极值点的位置则受土水特征关系、水相对渗透关系、土体本征渗透系数的共同影响.