降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析.pdf

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1、第３６卷第９期人民黄河Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．９２０１４年９月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＳｅｐ．，２０１４【工程勘测设计】降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析李滨锷１，吴礼舟１，晏和开２，冯少真３（１．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都６１００５９；２．云南省１４３煤田地质勘查队，云南昆明６５５０００；３．广东省安全科学技术研究所，广东广州５１０６２０）摘要：基于渗流理论、弹性理论及ＶＧ土－水特征曲线模型，建立了二维非饱和土渗流－变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限，适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性

2、分析。有限元软件ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ能根据已建好的非饱和土坡渗流－变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流－变形的耦合效应，并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明：在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流－变形的耦合效应是非常显著的，且与时间有关。对于湿陷性土，考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数，其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响，但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。关键词：非饱和土边坡；渗流－变形

3、耦合；降雨入渗；数值分析中图分类号：ＴＵ４６；Ｐ６４２．２２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３７９．２０１４．０９．０３４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｙｄｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎＵｎｓａｔｕｒａｔｅｄＳｏｉｌＳｌｏｐｅｄｕｅｔｏＲａｉｎｆａｌｌＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ１１２３ＬＩＢｉｎｅ，ＷＵＬｉｚｈｏｕ，ＹＡＮＨｅｋａｉ，ＦＥＮＧＳｈａｏｚｈｅｎ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＨａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅ

4、ｃｔｉｏｎ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏ．１４３ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＴｅａｍｏｆＹｕｎｎａｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５５０００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｔｈｅｏｒｙ，ｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒ

5、ｖｅｆｒｏｍＶＧ，ｔｈｅｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｍｅｄｉｕｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄｃｏｎｓｉｄｅｒｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｔｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏａｎｙｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｒａｉｎｆａｌｌｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ．ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｃｏｕｌｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｕｎｓａｔｕｒａ

6、ｔｅｄｃｏｕｐｌｅｄｓｅｅｐａｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｓｔｈａｔｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃａｓｅｓ．Ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｔｓａｔｕｒａｔｉｏｎｗａｓｃｈａｎｇｅｄａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈ

7、ｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｖｅｒｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌｓｌｏｐｅｄｕｒｉｎｇｒａｉｎｆａｌｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉｓｔｉｍｅｒｅｌａｔｅｄ．Ｔｏｔｈｅｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅｓｏｉｌ，ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｈｅａｄｏｆｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓａｌｗａｙｓｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｕｎｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｔｓａｔｕｒａｔｉｏｎｉｓｎｏｔｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈ

8、ｔｈｅｓｏｉｌｓｔｒａｉｎ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｎｅｆｆｅｃｔｏｎｒａｉｎｆａｌｌ