降雨条件下非饱和土坡三相流模型的渗流-变形耦合分析

作者：杨天娇; 王述红; 张雨浓; 佟可蕙

来源：应用基础与工程科学学报, 2021, 29(02): 355-367.

DOI：10.16058/j.issn.1005-0930.2021.02.009

• 降雨入渗
• 固-液-气耦合
• 渗流-变形耦合
• 非饱和土质边坡
• 孔隙水压力
• 孔隙气压力

土质边坡降雨入渗的过程中伴随着地下水渗流的推进、孔隙气体迁移和边坡土体变形,因而涉及非饱和土体固-液-气三相耦合的作用.首先基于非饱和土力学基本理论、土-水特征曲线模型,在考虑气相对降雨入渗过程的影响下,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相渗流-变形耦合控制方程组.然后利用COMSOL Multiphysics软件的PDE平台,将所建立的耦合控制方程的数值模拟结果与经典Liakopoulos砂柱排水的试验结果进行比较,验证了本文所建立的三相耦合控制方程其正确性.最后对已建好的耦合模型求解分析,对比探讨两相和三相耦合计算模型对渗流场和位移场的影响.模拟结果表明:孔隙水压力随降雨时间的增加而逐渐增大,孔隙气体迁移和土体变形对边坡降雨入渗的推进起阻滞和延缓作用,揭示了固-液-气三相渗流-变形耦合模型能够更真实的反应降雨条件下土坡的变化特征,从而对非饱和土质边坡的灾害预警提供指导作用.

• 单位
  土木工程学院