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降雨条件下饱和—非饱和土径流渗流耦合数值模拟研究

滑坡的稳定性由内在因素和外在因素所决定,内在因素是边坡本身所固有的,外界因素主要包括地震、降雨、开挖等。进年来,由于降雨导致的边坡的失稳越来越频繁。因此对于降雨条件下坡面水运动的研究无论在理论上还是在工程应用上,都具有十分重要的意义。阐述了非饱和土中水流动的基本规律和土水特征曲线。由于土水特征曲线具有滞后的特点,提出了根据初始含水量来确定数值模拟初始时步非饱和土的渗透系数。编制了基于Richards控制方程的饱和-非饱和渗流有限元分析程序,一些算例证明了本程序的正确性。改进了传统流量的计算方法,使得计算精度明显提高。分析了降雨条件下地表水入渗的过程,提出了降雨条件下非饱和渗流的二维数学模型及边界条件。一些计算算例说明降雨条件下非饱和渗流的基本规律。编制了基于Saint-venant控制方程的坡面径流的有限元分析程序,利用解析解和试验数据证明了程序的正确性。根据非饱和土上水的转化机理,编制了降雨条件下地表水入渗和产流耦合的计算程序  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

铁道部科学研究院
铁道部科学研究院

库岸边坡地下水渗流特征及其成灾规律的研究-贡川滑坡地下水渗流模拟和稳定性分析

本文在前人研究成果和经验积累的基础上,结合非饱和土渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采川Geo-slope软件包进行边坡地下水渗流模拟和边坡稳定性计算分析。并且,以贡川滑坡做为工程实例,研究探讨了贡川滑坡在水库蓄水、大气降雨和水库蓄水后大气降雨情况下地下水渗流特征与动态规律。同时,计算分析了各相关条件对贡川滑坡稳定性的作用和影响。从而,揭示库岸边坡地下水渗流特征和成灾规律。相关结论主要有:(1)水库蓄水对库岸边坡地下水渗流影响较人,其边坡稳定系数降低明显;(2)大气降雨对渗透性较差的库岸边坡地下水渗流作用较小,仅当在水库蓄水后的高地下水位情况厂有明显的响应;(3)大气降雨对钱表层坡体的地下水动态特征和分布规律具有显分的作用和影响,是浅表层坡体变形和破坏的主要触发因素;(4)边坡地下水渗流和赋存特征与岩土渗透性质、初始水位条件,边坡几何形态、补给和排泄条件、以及降雨历时和降雨强度等因素密切相关,并直接控制和决定其变形破坏特征和成灾规...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆交通大学
重庆交通大学

重庆地区极端气候对非饱和土物理力学性能的影响规律研究

近年来,极端气候事件频发,给国家、社会带来巨大的生命、财产损失,为了提高我国重要线性工程在极端气候条件下的抗灾能力,并填补我国非饱和土工程在应对极端气候事件方面设计和施工水平相关领域的空白,本文依托于重庆市教委科学技术研究项目(KJ120407),以重庆实测气象数据为边界条件、实地取样土工实验结果为参数依据,采用数值模拟方法将极端气候与非饱和土路基边坡进行水-热-力三场耦合,探寻非饱和土路基边坡对极端气候作用的响应,并对非饱和土体的物理力学参数变化进行了分析。主要结论如下:1.以1950~2013年重庆地区气象数据为基础,采用百分位法确定重庆地区极端气候阈值、提取极端气候指标,分析各极端气候指标的强度、频率特征,并根据年际震荡周期预测未来趋势。结果表明:①重庆地区近64年的年平均气温整体呈小幅上升趋势,降水量以微弱趋势增长,并在年际间呈现出明显的旱涝交替特征;②除了极端低温指标中极端低温日数呈下降趋势外,其余极端低温指标以及极端...  (本文共93页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉大学
武汉大学

非饱和土水力全耦合模型与数值模拟方法研究

无论是300m级高坝,还是高陡边坡、大型地下工程建设,均无一例外地涉及复杂赋存环境下岩土体渗流、变形与稳定控制问题。岩土体渗流与变形的耦合作用以及多场多相耦合过程既是近30年来国际岩土力学领域的前沿研究热点,也是大型水利水电工程、深部岩体工程、核废料地质处置工程等建设中迫切需要解决的关键科学技术难题。本文以非饱和土为主要研究对象,以土体细观结构及其演化为基础,紧密围绕非饱和土水力耦合机理的量化描述、耦合过程的精细模拟、耦合效应的工程控制这一核心科学问题,重点开展了非饱和土水力全耦合本构模型及数值模拟方法等内容的研究。主要研究成果如下:(1)建立了考虑颗粒黏结效应的非饱和土弹塑性本构模型大量研究表明,非饱和状态下土体颗粒间的黏结效应对其变形具有显著影响。采用单位接触面积上弯液面引起的黏结力,定义了黏结因子这一具有严格物理意义的独立变量,用以表征颗粒黏结效应对非饱和土力学特性的影响。基于试验成果,建立了黏结因子与孔隙比的内在联系,推...  (本文共238页) 本文目录 | 阅读全文>>

河海大学
河海大学

非饱和土强度变形实用计算方法

选择含水率作为物理量,避免吸力量测和计算的困难,研究土体内水分对强度和变形的影响。进行了非饱和土的强度和变形试验,研究了非饱和土的强度随含水率的变化,建立了引入含水率的非饱和土实用非线性模型。提出了控制含水率不变、保证气压消散的试验方法,在普通三轴仪上进行了非饱和土的强度和变形试验。试验也模拟了施工期间气压能够很快消散而水压变化不大的工程实际特点。试验结果表明:非饱和土的强度和抵御变形的能力随含水率的增大而降低。研究非饱和土的强度随含水率的变化,发现不同含水率的非饱和土的强度指标与含水率的关系可线性表示,建立了非饱和土的总应力强度公式,并提出了较为具体的运用建议和方法。研究了含水率对非饱和土变形的影响。按照邓肯模型的参数整理方法得到了不同含水率情况下非饱和土的模型参数,研究这些参数随含水率的变化规律,建立了引入含水率的非饱和土实用非线性模型。另外,非饱和土的固结问题非常复杂,固结方程的求解也相当困难,难以在工程中得到实际运用。论...  (本文共106页) 本文目录 | 阅读全文>>

《岩石力学与工程学报》2017年10期
岩石力学与工程学报

适用于膨胀性非饱和土的边界面模型的数值实现

膨胀性非饱和土在干湿循环作用下会产生塑性变形和破坏。研究者们对其力学和持水行为进行了广泛的试验研究,并且建立了相关的本构模型。依据描述膨胀性非饱和土湿胀干缩行为方法的不同,本构模型可分为两类。(1)E.E.Alonso等[1]提出了适用于膨胀性非饱和土的双尺度本构模型,即巴萨罗那膨胀土模型(Barcelona expansive model,BEx M)。模型中将膨胀性非饱和土在宏观尺度上的塑性变形分为2个部分,一部分是由外荷载增加或湿化引起的塑性收缩变形(加载–湿陷机制),另一部分是由土中集聚体的胀缩变形导致的变形(微观结构机制)。之后,卢再华等[2-6]对BEx M进行了改进。(2)D.Sheng等[7]和R.Chen[8]提出了适用于膨胀性非饱和土的弹塑性变形和毛细滞回耦合模型。模型中对用于描述饱和度弹塑性变化的吸力变化屈服面采用非相关联流动法则,以此反映含水量变化引起的膨胀性非饱和土的塑性变形。(3)孙德安等[9-10]...  (本文共12页) 阅读全文>>

《四川地质学报》2017年03期
四川地质学报

降雨入渗条件下非饱和黏土边坡稳定性分析

我国西南地区山区地貌多样,第四系堆积层较厚,雨季降雨强度较大且降雨持续时间较长,容易发生滑坡这类地质灾害,给国家健康稳定的经济建设及人民生命财产安全带来极大的隐患。通过文献资料,因为降雨强度过大而诱发形成灾害的滑坡占到滑坡总数的绝大部分,经过大量研究表明,最主要且直接诱发边坡产生失稳的主要环境因数是降雨入渗,换句话说,降雨入渗对非饱和土质边坡稳定性的影响程度最大。在常规降雨条件下,我们对边坡设计是将土体视为饱和状态,但在绝大部分边坡中除开土质基质,还存在围绕着土基质之间的水和气体两相流,也就是非饱和土,所以有必要对非饱和土坡进行研究。非饱和土的物理力学性质在持续降雨过程中会产生很大变化,雨水入渗使边坡内部形成暂态水压力,土体饱和度增加,原本的基质吸力平衡状态被打破,导致非饱和土体的基质吸力下降,同时雨水还沿着坡体中原有的裂隙、破裂带逐渐入渗,降低滑带的摩擦力,产生动、静水压力从而使坡体的抗剪强度大幅减弱,最终导致坡体破坏[1-4...  (本文共4页) 阅读全文>>