降雨條件下考慮飽和-非飽和兩相流的邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、降雨入滲是邊坡失穩(wěn)破壞的常遇誘導(dǎo)因素，強(qiáng)降雨過(guò)程中，高邊坡山體接受入滲補(bǔ)給，邊坡體中地下水瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)和水壓分布將會(huì)嚴(yán)重惡化邊坡的穩(wěn)定狀況。目前的邊坡滲流及穩(wěn)定性研究中一般只考慮非飽和帶內(nèi)水相的流動(dòng)而忽視了氣相的作用，實(shí)際上氣相的存在對(duì)水相的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的影響。一方面，當(dāng)空氣不能自由排出時(shí)，以氣泡的形式存在于水中，氣體被壓縮后壓力增大，增加了水的流動(dòng)阻力；另一方面，空氣在水的驅(qū)動(dòng)下，水氣同時(shí)流動(dòng)，由此產(chǎn)生了對(duì)水流的阻滯作用。為了克服上述只

2、考慮單相滲流研究的不足，更為準(zhǔn)確地模擬降雨條件下水相的入滲過(guò)程和評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，本文基于水氣兩相飽和-非飽和滲流理論，圍繞上述問(wèn)題開(kāi)展了研究。 完成的主要工作如下： (1)將石油工程中多相滲流的流動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)方程引入巖土工程中，建立了水氣兩相滲流方程，并利用伽遼金(Galerkin)有限元法將其離散化，推導(dǎo)了相應(yīng)的有限元計(jì)算格式。 (2)在巖土單相滲流理論基礎(chǔ)上，引入水氣兩相滲流理論，編制了三維飽和—非飽和兩相

3、流有限元程序(TwoPhase)。水氣兩相滲流分析的有限元法在具體的程序?qū)崿F(xiàn)上，存在一定的難度，主要體現(xiàn)在四個(gè)方程(包括兩個(gè)連續(xù)性方程、飽和度約束方程、毛管壓力方程)和四個(gè)未知數(shù)，需要聯(lián)立進(jìn)行方程組求解。本文從實(shí)現(xiàn)方法、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、方程求解等方面開(kāi)展了研究，較好地解決了這些問(wèn)題。 (3)通過(guò)算例的驗(yàn)證與分析，比較了水-氣兩相滲流與單相滲流計(jì)算結(jié)果的差別及原因。結(jié)果表明，采用水氣兩相流模擬降雨入滲過(guò)程更符合實(shí)際，氣相的動(dòng)力粘滯系