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边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析_论文

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第2 O卷 第 3期  21 0 0年 9 月  湖 南 工 程 学 院 学 报  Vo . 0 No 3 12 . .  S p. 0 0 e t 2 1  J u n l fHu a  n t u eo   n i e rn   o r a    n n I s i t  fE gn e ig o t 边 坡 降 雨 入 渗 的 饱 和 一 非 饱 和 有 限 元 数 值 分 析  方  燕  ( 华 广 播 电视 大 学 理 工学 院 , 华 3 1 0 ) 金 金 20 0  摘 要 :对 于边坡 稳定性 分析 中的 降雨入渗 问题 , 用有 限元 法 , 运 结合 饱和 一非饱 和方程模 拟土质 边坡  渗 流场. 析 了边坡 在 降雨条件 下其 内部渗流 场的情 况 以及稳 定性 的影 响 因素 , 合 工程边 坡 算例 , 分 结 数  值模 拟渗 流场 , 到对 于 实际 工程 有 意义的结论. 得   关键 词 :降雨入渗 ; 饱和一 非饱和 ; 限元 ; 有 数值模 拟  中 图 分 类 号 :T 3  U4 1 文 献 标 识 码 :A   文 章 编 号 :6 1 1 9 2 1 ) 0 9 - 0  1 7 — 1 X( O O 一 0 2 3 其 中 ,  k —— 介质饱 和渗透 张 量 ;,^ ) k (  —— 介 质相  0 引  言    降 雨入渗 时边坡 的稳定 问题是一 个牵 涉到饱 和  一 对渗透 率 , 在非 饱和 区的值介 于 0和 1 间 , 和 区  之 饱 的值为 1 ^ ; —— 总水 头 ; Q一 源 汇 项 ; ^ ) C( 。 ——  非饱 和状态 水 的渗 流 和含 水 量变 化 的 复杂 问 题.   容水度 , 在非 饱 和 区 的值 是  ( 体 积 含 水率 )   为 , 对于这 种非典 型饱 和 流 固耦 合现 象 , 水 入渗 的 瞬  雨 态渗流 场 、 土坡 变形 以及 各种 边界 条 件 的影 响 是 很  重要 的 影 响 因 素. 人 做 了很 多 研 究 工 作 , rd  前 F e— ln [ 利 用非 饱 和 土壤 水 运 动理 论 和 土 固结理 论 , u d1     饱和 区 中 的值 是 0 卜 ; 选 项 系 数 , 非饱 和 区 的  在 值 是 0 在饱 和 区 的值 是 1 S ——饱 和 岩 土 体单 位  , ;  贮 水 率 , 非 饱 和 区 的值 是 0 在 饱 和 区为 某 一 常  在 , 数 ;  z —— 坐标 ; — 时间变 量. £ —   方 程的定 解条件 为 :   初始 条件 :   h( ,o = h ( ,o    t) o  £) () 2  推 算 出饱 和 一非饱 和 渗流 控 制方 程 : 文献 [ 对 高程  2   不 同的各类 边坡 , 对其基 质吸力 进行 了分析 ; 文献 [ 3 ]   结合 强度 折减法 计算 边 坡稳 定 性 中 的渗 流情 况 ; 文  献[ 在 程序 子 上进 行 二 次 开 发 , 写 了 S O E W  4 ] 编 L P / 边界 条件 :   h x ,   1 1z ,   ( f£ r一h ( f£ )I ) () 3  和 S E / 的二次程 序 , 以计 算 渗 流 问题 . 文  E PW 用 本 利用 运动饱 和 一非 饱 和渗 流 一应力 场 耦 合 的方 法 ,   E  k ( p  n]I 2 -q   )h O   一- 。 r , () 4  () 5  着重模 拟 降雨条件 下土质边 坡不 同阶段 的渗流 场分  布情 况 , 对工 程算例 中的位 移 , 隙压力 等参数 进行  孔 ‘  J  [q,  ) h ]I kk(p      O J   O且 hI 3     r 一z   分析 , 为研究 降雨 引起 的 边坡 失稳 提供 了有价 值 的  参考依 据.   [  ,^ )  r]I = -q 且 h I <  ( ) 忌 k ( p h t   J  n 口  n   6  , ~ J   其 中,t o —— 初 始 时 刻 ; 1 r —— 已 知 水 头 边 界  1 降 雨 条件 下边 坡 的 渗流 控 制方 程    1 1 饱 和 一 非 饱 和 渗 流 数 学 模 型  . — — 流量边 界 ; —— 饱 和逸 出边 界 ; 4   r —— 非饱  和逸 出边 界 ; o  — —边 界 面 法 向 流 量 ( 外 为  q, 向 正) —— 外 法线方 向余弦. ;   1 2 降雨入渗 边界 的处理 方法  . 结 合 F e ln E rdu d  的理论 , 多孔 介质 中各 向异 性  饱 和 一非饱和 渗流控 制方程r :  为   一 降 雨入 渗 时雨 水 的人渗 量 与很 多 因素有 关 , 其  中包括 降雨持续 时 间 、 降雨 强 度 、 土壤 的渗透 性 、 吸  )] = (  瓦 1 力 状 况等  .通 过达 西定 律 可知 地表 上 不 同方 向的  差+ [ Qc  + 3 ) h(   引 收 稿 日期 : 0 0 3 2   2 1 —0 — 7 作者简介; 方 燕 ( 9 6 女 } 师 , 究 方 向 ; 木 工程 . 1 6 一) 讲 研 土   第 3期  入渗 透能力 为 :   方 燕: 边坡 降雨人 渗 的饱 和 一非 饱和 有 限元 数值 分 析  9  3 渗 透系数 为 2 4m/ a , 松 比 v . , .  d y 泊 一0 3 变形 模量 E   )    一点 参 条件属 于第 二类边 界 ;   ( 1 .9kN/ , 聚力 c 2kN/ , 角 中一2。  7 5  


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