降雨对边坡稳定的影响---FLAC的两相流模拟

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1 引言

每到雨季时节, 大量降雨对边坡稳定性会产生极大的影响,特别是土质边坡,容易造成滑坡或泥石流, 因此分析降雨量以及降雨的强度对边坡稳定性的影响非常重要. 有许多方法可以模拟降雨对边坡稳定的影响, 例如, 在过去,我们曾经使用Geostudio中的SIGMA/W和SEEP/W模块,通过耦合模拟降雨对边坡稳定的影响. 本文则简要介绍FLAC使用两相流模拟降雨对边坡稳定性的方法.

2 模拟场景

在这个分析中,考虑了以下两种情形:

(1) 雨量不大,但持续的时间长

(2) 雨量大,但持续时间短

对这两种情形分别进行了非饱和渗流耦合的数值模拟，以显示降雨事件的强度和持续时间对边坡稳定性的影响。

3 分析代码

(1)

config tpflow extra 5grid 31,20gen 0.0,0.0 0.0,30.0 20.0,28.0 20.0,0.0 i=1,11 j=1,21gen 20.0,0.0 20.0,28.0 28.0,24.0 28.0,0.0 i=11,15 j=1,21gen 28.0,0.0 28.0,24.0 40.0,12.0 40.0,0.0 i=15,22 j=1,21gen 40.0,0.0 40.0,12.0 60.0,10.0 60.0,0.0 i=22,32 j=1,21group 'soil' i=1,10 j=1,20group 'soil' i=11,14 j=1,20group 'soil' i=15,21 j=1,20group 'soil' i=22,31 j=1,20model mohr group 'soil'prop density=2000.0 bulk=2E8 shear=1E8 cohesion=0.0 friction=30.0 dilation=0.0 tension=0.0 group 'soil'; Fixed boundary conditionsfix x i=1 j=1,21fix x y i=1,11 j=1fix x y i=11,15 j=1fix x y i=15,22 j=1fix x i=32 j=1,21fix x y i=22,32 j=1initial fmodulus 100000.0initial f2modulus 1.0initial vga 0.336initial vgpcnw 0.5initial vgp0 15000.0initial poro 0.1initial visrat 1.0initial wpermeability 1.0E-9initial pp -45203.0initial saturation 0.53978water density=1000.0set gravity=10.0call adjust_discharge.fisset _q1=3.2198e-8 _q2=6.61458e-7adjust_dischargeapply discharge qn1a from 1,21 to 11,21apply discharge qn1b from 11,21 to 15,21apply discharge qn1c from 15,21 to 22,21apply discharge qn1d from 22,21 to 32,21fix  nwpp j 21set mechanical=offhistory 999 unbalancedsolve  age 9072000.0

(2)

initial fmodulus 1.0E-10initial f2modulus 0.0set flow=offset mechanical=onsolve  elastic

fix  pp i 32 j 1 3fix  nwpp i 32 j 1 3initial fmodulus 100000.0initial f2modulus 1.0set flow=onset gwtime=0.0set mechanical=offsolve  age 1.8144E7

(3)

set flow=offset mechanical=onsolve

(4)

apply discharge qn2a from 1,21 to 11,21apply discharge qn2b from 11,21 to 15,21apply discharge qn2c from 15,21 to 22,21apply discharge qn2d from 22,21 to 32,21initial fmodulus 1000000.0set flow=onset sratio= 0.0solve  age 1.849E7

4 结束语

非饱和土壤中毛细压力的存在会对边坡的稳定性产生很大影响。毛细管力将细颗粒粘结在一起，可以为土提供额外的内聚力。毛细作用力提供的凝聚力通常随着土饱和度的增加而降低。在某些条件下，低强度，长持续时间的降雨事件可能对边坡的稳定性有利，而高强度，短时长的降雨事件可能会促进饱和度的增加并引起边坡破坏。

两个不同场景下的模拟结果表明，只要毛细作用力足以使土产生更大的内聚力，低强度，长持续时间的降雨事件不会损害边坡的稳定性。另一方面，高强度和短持续时间的降雨事件是造成边坡破坏的原因。在这种情况下，这种行为可以解释为土饱和度增加，同时毛细作用力强度降低，导致土壤内聚力明显降低。

不过,应当意识到这种结论是主要是针对粉土或粉质粘土的边坡而言的,对于那些受节理或裂隙控制的岩石边坡或孔隙率较大的岩土混合型边坡, 由于水和力的相互作用, 低强度长时间的降雨也许对边坡稳定性的影响更大.

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来源：计算岩土力学