边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析_论文

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