降雨条件下非饱和土坡渗流场及应力场耦合分析.pdf

降雨条件下非饱和土坡渗流场与应力场耦合分析 1 2 郭俊平 ，梁冰 1 辽宁工程技术大学力学与工程科学系，阜新（123000 ） 2 辽宁工程技术大学研究生学院，阜新（123000 ） E-mail ：whisper7777@ 摘 要：降雨是影响土质边坡稳定的主要因素之一，根据岩土饱和-非饱和渗流理论及非饱 和土的破坏准则，利用有限元方法，对降雨条件下非饱和土坡地下水渗流场和应力场进行了 耦合分析，得到了边坡地下水压力水头和变形的变化规律，为边坡的稳定性分析和滑坡预测 提供依据。 关键词：降雨入渗；非饱和；边坡；耦合分析 中图分类号：O3 1. 引 言 降雨是引发滑坡自然灾害的主要因素之一。入渗雨水一方面由地表渗入岩土体会进一步 增加对边坡稳定极为不利的孔隙水压力；另一方面，经过雨水入渗后的岩土体的物理化学性 质发生变化，强度降低，自重增大，容易导致岩土体失稳。通过有限元数值模拟，分析降雨 条件下边坡地下水渗流场变化规律，不仅可以为边坡优化设计提供依据，而且可以为边坡的 [1] 稳定性分析及滑坡预测提供重要的分析数据 。 本文采用有限元方法，对渗流场和应力场进行耦合计算，得到降雨入渗条件下非饱和土 边坡的变形规律，为土坡的稳定性分析提供参考。 2. 数值计算模型 2.1 控制方程 [2] 基本的控制方程为力学平衡方程与水与空气质量守恒方程，即 ： σ δ ∂( − u ) ∂u ij ij a + a +b 0 i ∂x ∂x j j （1） (ρ nS ) +(ρ v ) 0 w r t w wi i （2 ） [ρ n(1−S +HS )] +[ρ (v +Hv )] 0 a r r t a ai wi i （3 ） 式中，σ 为总应力；δ 为克罗内克常数；u 为孔隙气压力；b 为体积力；ρ 和ρ 分 ij ij a i w a 别为水和空气密度；n 为孔隙率；Sr 为饱和度；vwi 和vai 分别为水和空气速度；H 为亨利 系数；下脚标t 和i 分别为对时间t 求导和对坐标x 求导。忽略空气相，则土体密度ρ 仅是 i 固液两相密度与孔隙率n 的函数，有 ρ (1−n)ρ +nS ρ （4 ） s