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1、第10卷第24期2010年8月科学技术与工程Vol10No24Aug20101671-1815(2010)24-6079-05ScienceTechnologyandEngineering2010SciTechEngng边坡在降雨条件下的稳定性分析田仕明董羽蕙(昆明理工大学建筑工程学院,昆明650000)摘要介绍了渗流与应力耦合的基本原理,以及边坡降雨入渗的过程。根据工程地质条件及岩土的特性建立边坡数值模型,运用ABAQUS进行降雨条件下的有限元分析,观察边坡土体孔压场、位移场等的变化规律最后对边坡稳定性进行评价。关
2、键词降雨入渗ABAQUS数值模拟边坡稳定性质中图法分类号U4172;文献标志码A降雨入渗诱发的滑坡在世界范围分布最广,也dVn=(1)是发生频率最高,危害极大的灾害,引起了各国政dV府和机构的高度重视。大量统计资料表明,绝大多饱和度s定义为水的体积和孔隙总体积的比数的滑坡事故都是发生在降雨期间或降雨之后一dVws=(2)dV段时间。1982年1月3日至5日,在美国加利福尼s=10表示是饱和土;s=0表示是干燥土。作亚旧金山湾地区仅34小时内就降雨616mm,在10用于土中一点的应力服从有效应力原理:即总应力个县范围内诱发了数千处
3、滑坡、泥石流,造成25人是由平均孔隙水压力剩以系数x和作用于土体骨架死亡,6600万美元直接经济损失。1982年,我国四上的有效应力组成:川万县地区普降暴雨,仅云阳县就发生滑坡两万多=+uw。处,并形成数百处比较大规模的裂缝,造成数万间[1]在ABAQUS里一般我们假定=s。房屋倒塌。12应力平衡和渗流连续方程近年来人们对降雨诱发的滑坡研究越来越多,121平衡方程并认为:降雨入渗会导致边坡非饱和区孔隙水压力土体应力平衡方程可采用虚功原理来表示,即暂时升高,同时在非饱和区形成暂态饱和区。暂态某一时刻t土体的虚功与作用在该土体上作用力饱和区与暂态孔隙
4、水压力虽然是暂时的,但对边坡(体力和面力)产生的虚功相等,即稳定性却是至关重要的。^dV=tvdS+fvdV。vSv1渗流与应力耦合分析式中,v为虚速度场,=sym(v/x)为虚应变,^为真实应力,t为单位面积上的表面力,f为单位体积11有效应力原理[1]上的体积力。对于多孔可压缩材料,可模拟为多相体,并满122渗流连续方程足有效应力原理。渗流连续方程是由同一时间内流入土体的水材料的孔隙率n定义为孔隙体积与总体积的比量等于土体的体积变化量这一连续条件来建立值,即的,即dwwt0sndV=-0snnvwds。2010年5月
5、24日收到dPwVwV6080科学技术与工程10卷式中,vw是流体的平均流速,n是边界S的外法线,该体中,土体的基质吸力下降。湿润层下移使基质吸0[1]方程对w进行了归一化。力梯度减小,入渗速率也逐渐减小直至趋近于常量对于非饱和土的渗透系数用如下公式表示:而达到稳定入渗阶段。在垂直入渗情况下,若降雨^强度较大使边坡达到饱和,当入渗强度与土体饱和k=kxk。水力传导度相等时达到稳定入渗阶段;若降雨强度式中k^为非饱和土的渗透系数,ks(s)给出了饱和度较小,且小于饱和土的传导度时,入渗强度等于该对渗透性的影响,k为饱和土的渗透系数。温度条件下的非饱和水
6、力传导度时达到稳定入渗阶段。2边坡降雨入渗过程3工程实例雨水渗入坡面到达潜水面是一个饱和非饱和的渗流过程。在雨水入渗过程中,含水率分布剖王二河水库向黄果树补水工程0+390~0+面可分为以下四个区,表层有一个薄层的是饱和820段总长430m,出露地层为三迭系下统安顺组带,接着是含水率变化较大的过渡带,再下面是含(T1a)浅灰色厚层块状白云岩,基岩零星裸露,岩层水率分布较均匀的传导层,最后是湿润度随深度减产状30015;岩石风化较严重,节理裂隙较发育,小的湿润层。随着雨水入渗的延续,传导层向深层主要发育NW325、倾角80,NW275、倾角70两发
7、展,湿润层就向下移,含水率分布曲线逐渐趋于组裂隙,其中尤以NW275最为发育,近垂直于山平缓。体。根据地堪报告结果,岩体物理力学指标及材料雨水入渗后边坡的强度主要取决于降雨强度、[4]参数指标见表1。降雨方式及土的渗透性能。分为以下两种情况:表1岩体物理力学指标(1)若土体的渗透能力较强,大于外界供水强度,则入渗强度主要决定于外界供水强度,入渗过黏聚力密度弹性模量名称摩擦系数泊松比c/MPa/(kNm-3)E/MPa程中坡体表面的含水率随入渗强度的增加而增高,粉质土0300518333110403直到达到一定稳定值,称之为降雨模型。碎石、块
