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《岩土力学》2020,(2)
为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier–Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各个介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。 相似文献
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为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier-Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。分析表明,在其他条件相似的条件下,斜坡越陡,斜坡土体的安全系数下降越明显;斜坡安全系数随着斜坡倾角增加而不断降低,随着土层厚度的增加而不断降低。 相似文献
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以甘肃省黑方台地区滑坡为研究对象,在非饱和土特性试验基础上,根据地下水位的监测资料建立典型斜坡饱和-非饱和渗流模型,模拟斜坡灌溉作用后裂隙对斜坡渗流场的影响,研究斜坡裂隙效应对斜坡稳定性的影响。结果表明:灌溉水迅速沿裂隙下渗,形成渗流优势通道;裂隙附近土体的孔隙水压力迅速升高,导致其局部形成饱和区域;随着裂隙数量的增加,饱和区域明显增大,且裂隙的位置越靠近台塬边缘,对斜坡边缘的孔隙水压力及基质吸力影响越显著。综合斜坡稳定性分析结果可知:裂隙发育位置越靠近台塬边缘,斜坡稳定性越差;而裂隙数量的增加对于斜坡的稳定性影响更大,且裂隙对于斜坡稳定性的影响是一个短时间过程。夯填裂缝是控制滑坡发生的有效途径。 相似文献
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考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。 相似文献
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作用在裂隙中的渗透力分析 总被引：14，自引：2，他引：14
裂隙岩体中流体对岩体的作用力, 是研究岩体稳定性的重要问题。本文认为流体作用于裂隙壁面上的力包括两部分, 即垂直于裂隙壁面的流体静水压力 (导致裂隙垂向变形)和平行于裂隙壁面的拖曳力 (导致裂隙切向变形), 此拖曳力为面力。文中以单裂隙水流的立方定律为基础, 运用流体力学的动量方程, 推导出了单一平直光滑无充填裂隙、有充填的裂隙及水流和充填物一起运动情况下, 裂隙壁面承受的切向拖曳力公式。该公式对于分析流体对裂隙岩体变形性能及强度的影响具有重要价值。 相似文献
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考虑岩体裂隙渗流变水温影响,推导单裂隙变水温水流近似解析解和有限元解,在此基础上分别建立裂隙二维网络变水温渗流数值求解方程,分别对应裂隙网络变水温渗流分析的近似解析法和子结构法。分析变温水流运动规律发现：（1）单裂隙内水流水头与水力坡降成非线性关系,当水流由高温区向低温区流动时,水头分布曲线为凸曲线,此时按线性渗流简化水头整体偏小;当由低温区向高温区流动时,水头分布曲线为凹曲线,此时按线性渗流简化水头整体偏大。（2）单裂隙内,高水温处水力坡降小,低水温处水力坡降大;裂隙平均水温越高,流速越快;裂隙网络内存在与裂隙宽度相似的温度偏流效应,即交叉节点水流有偏向水流温度高的裂隙流动的趋势。在温度较高和温度梯度较大的区域,应该考虑水流温度变化对渗流场的影响。 相似文献
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考虑动力压力裂隙网络岩体渗流应力耦合分析 总被引：1，自引：4，他引：1
渗流对裂隙网络岩体的作用力包括渗透静水压力和渗透动力压力（裂隙壁切向拖曳力）两部分。较全面地引入渗流与应力之间的相互作用关系，同时考虑渗透静水压力和切向拖曳力的作用，以裂隙（等效）隙宽与岩体应变的关系为桥梁，建立隙裂网络岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型，并采用有限元数值方法进行某工程实例的双场耦合分析，验证所建立模型的可靠性。 相似文献
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岩体饱和–非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。目前对于裂隙岩体饱和渗流应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析。根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了新的基于DDA方法的非饱和渗流应力耦合模型。并给出了在库水位骤降工况下的边坡水力耦合算例,其计算结果显示在库水位骤降情况下：考虑水力耦合且库水位下降较快时的安全系数要小于库水位下降慢时的安全系数;考虑水力耦合的边坡稳定安全系数要小于不考虑耦合时的安全系数。仿真实验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的。 相似文献
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基于非饱和土固结理论的有限元强度折减法 总被引：1，自引：0，他引：1
库水位下降使库岸坡体内产生饱和－非饱和非稳定渗流,非稳定渗流作用是边坡失稳的重要原因之一。为了分析非稳定渗流对边坡稳定性的影响,首先推导了固、液两相孔隙介质的固结方程,考虑了土体渗流与变形的耦合作用。在此基础上结合有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,将渗流、变形及稳定分析采用一套统一的有限元方法。并通过算例分析了库水位骤降情况下,坡体的渗透系数、水位降落比对稳定安全系数的影响,计算结果表明,所提的理论和方法是有效可行的,为饱和-非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定问题的分析提供了实用工具。 相似文献
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钙质砂作为南海岛礁填筑常用的岩土材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达流体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要参数,目前国内外对钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。首先引入一个修正的三维参数 对钙质砂这种天然非规则颗粒材料的形状进行定量描述,然后开展一系列单个钙质砂颗粒在液体中沉降试验,利用高速相机记录颗粒沉降过程,结合图像处理技术获得颗粒沉降平衡速度Ut,进而计算出拖曳力系数CD和雷诺数Re,最后拟合出包含CD、Re及 三个参数的钙质砂拖曳力系数半经验模型。结果发现,在相同雷诺数条件下钙质砂的形状系数 越大,拖曳力系数越小。通过与其他研究结果对比发现,其表面微孔隙越发育,拖曳力系数越小的规律。该模型能够考虑不规则颗粒形状对拖曳力系数的影响,从而提高对土体渗透性预测的精度,对南海岛礁填筑工程中钙质砂固结和沉降的计算也具有重要意义。 相似文献
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方玉树 《中国地质灾害与防治学报》2007,18(3):149-153
在工程界存在着滑坡安全系数取值应考虑滑坡稳定性高低、对稳定系数较低的滑坡应采用较大的安全系数的思想。考虑滑坡稳定性的具体方式有两种:①考虑滑坡的实际稳定状态或变形情况;②考虑设计工况下的稳定系数。考虑滑坡稳定性的理由也有两种:①变形急剧势必危害较大;②滑坡在治理后的安全储备可用"安全储备系数"(即下滑力按安全系数放大后的剩余下滑力与下滑力不作改变时的剩余下滑力之比)来衡量,而"安全储备系数"存在着随稳定系数的减小而减小的规律。文章的研究表明,滑坡变形越急剧滑坡危害越大的规律是不存在的,滑坡"安全储备系数"既不能衡量滑坡在治理后的安全储备,也不随滑坡稳定系数的减小而减小,滑坡安全系数与稳定系数无关,将安全系数取值与稳定系数大小挂钩会导致诸多不合理现象产生。因此,滑坡安全系数取值不应考虑稳定系数大小。 相似文献
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基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随... 相似文献
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本文通过数据作图法揭示了土体黏聚力和内摩擦角对斜坡安全系数作用的不同规律,并论证了一般土质斜坡存在唯一最小安全系数及其原因。本文在土质斜坡中划分了大量的潜在滑移面,并定义了每一个潜在滑移面所拥有的4类安全系数FOSc×φ、FOSc、FOSφ和FOSc+φ。基于极限平衡的条分法计算了滑移面的4类安全系数,并使用数据作图法揭示和确定了这4类安全系数值随潜在滑移面深度d变化的4条特征和规律。由土体黏聚力和内摩擦角共同作用的安全系数FOSc×φ包络线随d的增加先单调下降,到达一段最小值区间后,再单调上升。因此,它必然存在一个总体最小值。仅由土体黏聚力贡献的FOSc包络线随d的增加先快速、再缓慢单调下降。仅由土体内摩擦角贡献的安全系数FOSφ包络线随d的增加线性上升。FOSc与FOSφ之和FOSc+φ数值几乎等同于FOSc×φ数值。这4条规律揭示了土体黏聚力和内摩擦角对斜坡安全系数作用的不同规律,并论证了一般斜坡存在最小安全系数及其原因。本文进一步论证和揭示了这4条特征和规律适用于5种经典有限条分法的计算结果,适用于考虑地下孔隙水压强作用的计算结果,和考虑斜坡土体分层不均质影响的计算结果。特别地,地下孔隙水会加深拥有最小安全系数的潜在滑移面深度。土体黏聚力对斜坡安全系数贡献随潜在滑移面深度增大而减小,土体内摩擦角对斜坡安全系数贡献随潜在滑移面深度增大而增大。这两种强度随深度的相反贡献规律导致了一般土质斜坡存在唯一最小安全系数。 相似文献
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暴雨型滑坡降水入渗机理分析 总被引：11，自引：1，他引：10
暴雨能诱发大量的滑坡发生,在不同地区存在不同的临界降雨值,每当雨强大于该值时,滑坡就会大面积发生,这已经被多起滑坡事件证实。一般地,入渗理论认为,当雨强大于一定值时,入渗率是常量,过强的降水会转化为地表径流,这与雨强越大滑坡越易发生、群发性越强的观察结果不一致。在斜坡体上存在大量的裂隙,它们对降水入渗有着很大的贡献,应用有限单元法分别模拟了有裂隙和无裂隙时斜坡体内瞬态渗流场的变化,并用Bishop法对不同埋深滑动面的稳定性做了计算分析。模拟结果表明：考虑裂隙时的计算结果与宏观观察结果更一致,在评价降雨入渗对斜坡稳定性的影响时,一定要充分考虑裂隙的存在,只有雨强大于一个临界值时才会有充足的降水通过裂隙渗入到斜坡深部,裂隙的影响才显著地表现出来。 相似文献
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拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。 相似文献
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裂隙是岩溶含水系统的重要组成部分,裂隙水流运动对岩溶含水系统水流运动起到重要的控制作用。利用自行设计研制的具有不同转折角度、不同裂隙开度的复杂单裂隙物理模型,通过室内物理试验得到有、无裂隙条件下,水头差变化曲线,并基于能量方程推导得出水流流经裂隙时产生的总水头损失计算式,计算得到不同裂隙开度(1～2.6 mm)、不同流速(0～40 cm/s)条件下,裂隙总水头损失对不同转折角度(0°～165°)的变化曲线,利用修正立方定律和达西-魏斯巴赫公式计算裂隙平行部分的沿程水头损失,总水头损失与之相减得到转折角处的局部水头损失。结果表明:随裂隙开度增大,流速增大,裂隙总水头损失、转折处局部水头损失均呈增大趋势,且流速越大,趋势越明显;对水头损失与平均流速之间的关系曲线进行拟合分析,发现裂隙总水头损失、转折处局部水头损失与平均流速之间均呈二次函数关系,可用Forchheimer方程描述,且总水头损失、局部水头损失与平均流速之间函数关系的二次项系数随裂隙开度增大基本呈增大趋势,最终得到二次项系数分布的上包线与下包线,而一次项系数分布比较集中,总水头损失的一次项系数分布于-0.1～0.5之间,转折处局部水头损失的一次项系数分布于-0.1～0.25之间。 相似文献