材料的各向異性對滲流場的影響分析

胡 瑞 曾 勝

(湖南五凌電力工程有限公司,長沙 415000)

在土石壩的設(shè)計中,材料滲透參數(shù)的選取是壩體的防滲設(shè)計的重要部分,它對壩的滲透穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用[1].同時,在水利工程建設(shè)中,各向異性滲流問題愈來愈受到關(guān)注,如在各向異性材料的土壩內(nèi)會帶來壩體內(nèi)水頭壓力、浸潤線抬高、在壩下游的出滲坡降增大等現(xiàn)象,相對于各向同性滲流場而言其危害性更大[2-4].利用數(shù)值模擬方法計算堤壩工程的非飽和區(qū)滲流,并在材料各向異性的基礎(chǔ)上進一步研究非飽和區(qū)滲流作用下堤壩自由面變化情況,為堤壩非飽和區(qū)滲流在工程上的應(yīng)用提供參考.

1 非飽和土的滲流方程

在飽和土壤中,引起水分轉(zhuǎn)移的力是重力和水的壓力,在非飽和土中,支配著土壤水在液態(tài)下整體轉(zhuǎn)移的是重力和水的表面張力,Richards等曾在1931年就證明非飽和土中的滲流與飽和土一樣符合達(dá)西定律和連續(xù)方程.若將達(dá)西定律代入連續(xù)方程(忽略滲透過程中總應(yīng)力的改變和土顆粒骨架的變形)并以總水頭h作為未知量,當(dāng)滲透的主方向與坐標(biāo)軸一致時,非飽和土滲流的二維微分方程就可表示為

式中,kx,ky分別為x和y方向上的滲透系數(shù);θw為體積含水率;h為總水頭;t為時間.

令y為位置水頭,則h=uw/γw+y.

若mw為土水特征曲線的斜率,則 ?θw=mw?uw=mwγw?(h-y),式(1)就可以寫為

由于y是常數(shù),式(2)簡化為

從式(4)也可以看出非飽和土中的滲透系數(shù)k不再是常數(shù),而是含水量的一個函數(shù),此函數(shù)被稱為非飽和土的滲……