考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究
2015-12-21荆周宝刘保健解新妍
水利与建筑工程学报 2015年6期
关键词:有限元
荆周宝,刘保健,解新妍,李 哲
(1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064)
降雨是一种常见的天气现象,山区边坡受降雨影响产生崩塌滑坡等地质灾害屡有发生,边坡多为非饱和土质,这说明雨水对其力学变形行为有很大的影响。雨水入渗会在边坡内形成渗流场,在渗流场的影响下,非饱和土质边坡这一固体会产生力学变形行为,边坡固体的变形又将会对雨水渗流场产生影响,二者相互作用最终导致非饱和土质边坡的变形,甚至崩塌,这就是一种典型的非饱和流固耦合现象。近些年,流固耦合已经吸引了国内外许多专家学者为之探究,并取得了一定的成果。Papagiannakis等[1]用Galerkin加权余量原理推导了二维稳态渗流的有限元形式;在非饱和问题中,Lumbp[2]运用了伽辽金有限元方法来求解;孙冬梅、荣冠等[3-4]都对饱和—非饱和渗流问题进行了研究,并获得相应成果。但目前大多数研究还是以某一单一场为主,并没有考虑渗流场与固体变形之间相互影响这一耦合作用。
为此,本文在前人研究的基础上,利用大型通用有限元软件ABAQUS强大的非线性分析能力,以一典型理想边坡为算例,进行了考虑流固耦合和土水特征曲线的降雨入渗对非饱和土坡影响的有限元数值模拟研究,得出了降雨对非饱和土质边坡的影响特征,提出了在实际工程设计防护中考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究非饱和土质边坡稳定性预测、边坡防护及相关工程设计打下了基础。……
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