降雨作用下非飽和土邊坡水力耦合過程分析.pdf

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1、第３６卷第９期人民黃河Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．９２０１４年９月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＳｅｐ．，２０１４【工程勘測設(shè)計(jì)】降雨作用下非飽和土邊坡水力耦合過程分析李濱鍔１，吳禮舟１，晏和開２，馮少真３（１．成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都６１００５９；２．云南省１４３煤田地質(zhì)勘查隊(duì)，云南昆明６５５０００；３．廣東省安全科學(xué)技術(shù)研究所，廣東廣州５１０６２０）摘要：基于滲流理論、彈性理論及ＶＧ土－水特征曲線模型，建立了二維非飽和土滲流－變形耦合控制方程組。該控制方程突破了飽和時(shí)滲透系數(shù)是常數(shù)的局限，適用于任意初始條件和降雨條件的土坡穩(wěn)定性

2、分析。有限元軟件ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ能根據(jù)已建好的非飽和土坡滲流－變形耦合模型開展分析。通過算例分析了非飽和土降雨入滲過程中滲流－變形的耦合效應(yīng)，并探討了考慮飽和滲透系數(shù)為變量情況以及不同的初始條件對(duì)滲流場和應(yīng)力場的影響。結(jié)果表明：在非飽和土坡降雨入滲過程中滲流－變形的耦合效應(yīng)是非常顯著的，且與時(shí)間有關(guān)。對(duì)于濕陷性土，考慮耦合效應(yīng)的壓力水頭變化總是慢于非耦合情況。飽和狀態(tài)時(shí)滲透系數(shù)是應(yīng)變的函數(shù)，其值的變化對(duì)非飽和土邊坡滲流場有一定的影響，但對(duì)非飽和土邊坡變形影響微弱。初始條件對(duì)滲流和變形的影響是非常大的。關(guān)鍵詞：非飽和土邊坡；滲流－變形

3、耦合；降雨入滲；數(shù)值分析中圖分類號(hào)：ＴＵ４６；Ｐ６４２．２２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：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