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准确描述土体的水动力参数是渗流数值模拟可靠性的基础,论文基于非饱和土水分入渗的理论,以计算含水量和实测含水量差值的平方和建立目标函数,结合单纯形优化算法编制了求解渗流问题的正分析程序和反分析程序,对常用的水动力参数拟合模型——Brook-Corey模型和Van Genuchten模型进行了识别。主要得到了以下结论:
(1)利用BC模型、VG模型对多种土的土水特征曲线进行了拟合,得出了拟合参数的变化范围:对于BC模型,参数hd、N的范围分别为(0.2409~21.4829)、(0.2629~0.3396),对于VG模型,参数α、m的范围为(0.0058~0.3968)、(0.1907~0.6407),所拟合的24种土从渗透系数较大的砂性土到渗透系数较小的级配良好的粘性土,研究结果对于实际工程中相关参数的选取具有一定的参考意义。
(2)利用有限差分法编制了非饱和土水平吸渗和垂直入渗的正程序和反分析程序,并对程序的正确性进行了分析,发现在简单的一维渗透的情况下反演最优参数与拟合参数的相对误差较小、反演结果稳定,与实际情况吻合较好。
(3)根据粉土入渗试验结果对其水动力参数进行了反演,得到了粉土的VG模型参数。在此基础上对土体的含水量分布进行了预测,发现预测结果与试验实测含水量的相对误差为2.93%,表明了本文所提出方法的可行性。
(4)通过数值分析讨论了一维非饱和渗流反分析问题的敏感度和适定性,发现影响反演结果的主要因素为测点的数量和观测资料的误差,反演结果的误差随着前者增加而减小,随着后者的增大而增大;单纯形搜索步长对反演结果影响不大,但是选择合适的步长,能减少迭代计算步数;在合理范围内改变初值的大小,均能搜索到相同的最优参数,初值越接近最优参数,迭代计算次数越少;对于BC模型,参数hd的敏感度要高于参数N;对于VG模型,参数a的敏感度要高于参数m。