降雨入渗引起非饱和土边坡破坏的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元分析

发布时间：2019-06-13 08:57

【摘要】：为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等~([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。
[Abstract]:In order to fully understand the instability and failure mechanism of slope caused by rainfall infiltration, a coupled finite element numerical analysis method of water-soil-gas three-phase seepage and deformation based on finite element finite difference theory (FE-FD scheme) is proposed. The elastic-plastic constitutive model of unsaturated soil with Bishop effective stress and saturation as state variables proposed by Zhang et al. [1] is used in the program, which can continuously describe the change of mechanical properties of soil during rainfall infiltration from saturated state to saturated state. At the same time, Green-Naghdi objective stress rate Zhang Liang is used to consider the large deformation problem in the process of slope instability. The program can not only simulate the process of water transfer and pore water / gas pressure change caused by rainfall infiltration, but also reflect the mechanical behavior of slope deformation and plastic shear zone formation caused by rainfall infiltration. The indoor slope model test is selected as the research object, and the proposed water-soil-gas three-phase seepage-deformation coupling finite element program is used to carry out the numerical simulation. Compared with the experimental results, the usefulness of the proposed finite element numerical method is verified.
【作者单位】： 宁波大学岩土工程研究所;同济大学地下建筑与工程系;上海交通大学土木工程系;
【基金】：中国博士后科学基金资助项目(No.2015M571604)~~
【分类号】：TU43

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本文编号：2498413