水位下降过程中气相对土坡稳定性的影响

基于饱和-非饱和水-气二相流模型,对土坡在水位下降过程中的孔隙水压力、孔隙气压力、毛细压力及水相饱和度的变化过程进行模拟;基于模拟得到的不同时刻的渗流状态,采用Bishop简化方法推导出考虑孔隙气压力及坡外水压力的土坡安全系数计算公式,分析了水位下降过程中不同渗透性土坡安全系数的变化规律,及基质吸力和气相的存在对边坡稳定性的影响。结果表明:水位下降过程中土坡的安全系数逐渐减小,水位下降后土坡的安全系数略有增大;考虑气相影响后土坡的安全系数降低,考虑基质吸力影响后土坡的安全系数增大;岸坡土体的渗透率越大,水位下降过程中安全系数较大,而水位下降后安全系数较小。

基于TOUGH2和FLAC3D的水-气二相流-固耦合模型

要实现饱和-非饱和土体的水-气二相流-固耦合作用的数值模拟,关键是如何实现渗流场与应力场的耦合,目前,松弛耦合方法不仅精度能够满足一般的工程要求,而且求解方法易于实现,是多相流-固耦合问题研究的主要方向。本研究根据松弛耦合原理,利用TOUGH2/EOS3来模拟水-气二相渗流过程;利用FLAC3D来模拟土体变形;基于水-气二相渗流过程与力学过程的相互影响,给出饱和度-密度、孔隙水压力和气压力-有效应力、体积应变-孔隙率、孔隙率-固有渗透率,以及孔隙率-毛细压力等状态变量之间的耦合关系式;利用C++控制TOUGH2、FLAC3D在流固耦合过程中的有序运行并利用耦合关系式传递相关状态变量,以实现对水-气二相流-固耦合作用的模拟。利用该模型对一现场压气试验进行模拟,通过模型计算值与实测值的对比,验证了模型的准确性和有效性。

水位上升对土坡稳定性的影响

基于饱和-非饱和水-气二相流模型,对土坡在水位上升作用下的孔隙水压力、孔隙气压力、毛细压力和水饱和度的变化过程进行模拟,得到水位上升作用下的渗流变化规律;采用简化Bishop方法推导出土坡安全系数计算公式,基于土壤渗流变化规律,计算了水位上升作用下土坡安全系数随时间的变化规律,分析了孔隙气压力、毛细压力和坡外水压力对安全系数的贡献。结果显示:水位上升过程中,土坡的安全系数先呈现轻微减小趋势后开始逐渐增加,当水位稳定后,土坡安全系数逐渐降低;孔隙气压力的存在不利于土坡稳定,而毛细压力和坡外水压力的存在有利于土坡稳定。