非饱和土边坡降雨入渗

这是一个更正

在书上关于非饱和土边坡降雨入渗的算例中，渗透系数与饱和度之间的关系是根据图1中的两个经验公式得到的。这两个公式取自文献1，参数也取文献1中的建议值。对一基质压力，分别计算出对应的饱和度和渗透折减系数，然后在abaqus中将渗流折减系数和饱和度相关联。注意到这两个公式实际上与孔压的单位有关。参照文献2，猜测应该用Pa。书里面的数据应该是错的，深表歉意。

 

图1

 

算例的说明

（1）基质吸力的初始分布

在之前的算例中，初始孔隙水压力随高度线性分布，在水位以上越高，孔压越小（负值）。实际上基质吸力不会那么大。本例中参考文献1（图2），认为孔压最小为-60kPa，即水位以上孔压从0变化到-60之后不再变化。为便于设置，建模时将相应区域分割开（图3）.

图2

图3

（2）非饱和材料的参数设置

非饱和土需要设置sorption选项，给定孔压和饱和度之间的关系（图4），ABAQUS会根据这个关系确定初始的孔隙比。另外在Permeability中通过子选项设定折减系数与饱和度之间的关系。

 

图4

（3）初始应力的外部导入

先将材料设为弹性，设置一个soil分析步，选为稳态分析，设置所需要的孔压分布边界条件（地下水位在坡脚），通过gravity施加重力荷载，计算得到初始应力分布。

将cae文件另存为一个，改变材料，将第一个分析步replace为geostatic分析步，在load模块中指定初始应力来源为外部数据库（图5，下载cae文件后需按实际情况修改）。如果geostatic分析步不易平衡，可尝试将步长由固定变更为自动。

 

图5

 

（4）降雨入渗的边界条件

这里通过指定流量模拟降雨。在load模块中create load选择类别fluid中的surface pore fluid，指定降雨量为40mm/h。这里入渗强度和土体参数只是为了演示效果。

土坡坡脚没有设置降雨入渗条件。这是因为本例中地下水位固定在坡脚处，降雨后认为该处孔压仍然保留为0。

 

图6

（5）渗透系数的影响

降雨72小时前后后，孔压的分布如图7所示，可以看到降雨的影响，读者可以选定不同位置的土体单元，观察基质吸力的演化过程。

 

图7

如果将土体渗透系数下降一个数量级（0.018mm/h）,小于降雨强度，水来不及下渗，降雨1.738小时后就已经破坏（图8-图9）

 

图8塑性应变

 

图9mises应力

【1】Cho S E, Lee S R. Instability of unsaturated soil slopes due toinfiltration[J]. Computers and geotechnics, 2001, 28(3): 185-208.

【2】徐晗, 朱以文, 蔡元奇,等. 降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定分析[J]. 岩土力学, 2005, 26(12):92-97.

 

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来源：ABAQUS在岩土工程中的应用