基于水-氣二相流模型的土坡穩(wěn)定性分析

張曉悅,王 棟,張曉樂,沈躍軍

(1.浙江水利水電專科學(xué)校水利工程系,浙江 杭州 310018;2.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司杭州分院,浙江杭州 310020;3.浙江華東工程安全技術(shù)有限公司,浙江杭州 310014;4.浙江省錢塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江杭州 310016)

土坡穩(wěn)定分析是估計(jì)天然及人工邊坡安全系數(shù)的一個(gè)常用工具,一般進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析時(shí),由于測(cè)量負(fù)孔隙水壓力和孔隙氣壓力并將其納入穩(wěn)定分析中比較困難,對(duì)于地下水位以上非飽和區(qū)中由負(fù)孔隙水壓力和孔隙氣壓力所提供的部分抗剪強(qiáng)度通常予以忽略不計(jì)。近年來,隨著人們對(duì)多相流的研究越來越多,在土坡穩(wěn)定分析中全面考慮孔隙水壓力和孔隙氣壓力成為可能。例如,Dijke等[1]給出了一個(gè)較完整的多相流模型,Matthew等[2]提出二相流模型的一種空間和時(shí)間離散方法,White等[3]分析了多孔介質(zhì)飽和度和相對(duì)滲透系數(shù)關(guān)系,Laroche等[4]對(duì)多相流模型中毛細(xì)壓力和飽和度的關(guān)系做了研究。

本文建立水-氣二相流模型來模擬土體邊坡在穩(wěn)定滲流情況和降雨情況下的水相和氣相滲流場(chǎng),全面考慮土體中的水相和氣相流動(dòng)以及水相和氣相成分的相互轉(zhuǎn)換,利用二相流計(jì)算結(jié)果求得邊坡安全系數(shù),分析孔隙氣壓力和負(fù)孔隙水壓力在土坡穩(wěn)定中的作用。

1 水-氣二相流模型

1.1 定義以及基本假設(shè)

非飽和土是四相混合體,包括固相、氣相、液相以及稱為收縮膜的水氣分界面[5]。在土體中可能有多種液相,本文只考慮水相。……