›› 2008, Vol. 29 ›› Issue (7): 1807-1812.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

库水位下降时的岸坡非稳定渗流问题研究

孙冬梅1, 2,朱岳明1,张明进3   

  1. 1.河海大学 水利水电工程学院,南京 210098;2.天津大学建工学院,天津300072;3.交通部天津水运工程科学研究所,天津 300456
  • 收稿日期:2006-09-15 出版日期:2008-07-10 发布日期:2013-07-27
  • 作者简介:孙冬梅,1978年生,博士后,主要从事饱和-非饱和渗流数值模拟及其应用,水资源的合理开发利用方面的研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金重点资助项目(No. 50539020),科技部中奥两国科技合作基金项目(No.VII.A.1)和江苏省国际合作项目资助(No.BZ 2003046)。

Research on unsteady seepage problem of bank slope due to drawdown of reservoir water level

SUN Dong-mei1, 2, ZHU Yue-ming1, ZHANG Ming-jin3   

  1. 1.College of Water Conservancy & Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjin 210098, China; 2. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3. Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Tianjin 300456, China
  • Received:2006-09-15 Online:2008-07-10 Published:2013-07-27

摘要: 水位下降时岸坡的渗流是涉及土体由饱和向非饱和状态过渡的水-气二相流过程,目前相关研究成果大都假设孔隙气压力为0,忽略孔隙气的影响。根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,通过变换主要变量,实现饱和(单相)与非饱和(二相)的相互转变,并给出各种边界条件下合理的数学处理方法。通过Muskat渗流问题,验证了上述模型的正确性;并对某土质岸坡水位下降时的非稳定渗流问题进行分析,结果表明,岸坡的基质吸力小于浸润线以上的负孔隙水压力,在浸润线以上的很大区域为毛细管水饱和带,其土体饱和且基质吸力为0,这对边坡稳定十分不利,精确分析水位下降的边坡稳定问题时,孔隙气压力变化的影响值得研究。

关键词: 渗流, 水-气二相流, 积分有限差分法, 毛细管水饱和带, 水位下降

Abstract: Seepage of bank slope due to water level drawdown is a process of water-air two-phase seepage; in which the saturated soil transforms unsaturated soil. At present, in the relevant studies the air phase is considered as a passive phase, the influence of pore air is ignored. In this paper, a water-air two-phase flow model is proposed based on the water, air mass balance equations, Darcy’s law and multiphase flow theory. Using the efficient integrated finite difference method, a fully implicit simultaneous computation code is developed. By switching primary variables according to different phase states, a set of phase states (single phase and two-phase) which is variable with space and time are taken into account. The water-air two-phase flow model is verified by simulating water through an earth dam with vertical faces known as Muskat problem. The unsteady seepage problem of bank slope due to water level drawdown is simulated numerically. The results indicate that above the free table the value of capillary pressure is much smaller than the value of pore water pressure; there is a saturated capillary water belt with relative large area, in which the pore of soil is filled with water and the matric suction is zero. So the saturated capillary water belt may endanger slope stability; and in refined analysis of slope stability, the influence of pore air pressure should be taken into account.

Key words: seepage, water-air two-phase flow, integrated finite difference method, saturated capillary water belt, drawdown

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[1] 刘忠玉, 崔鹏陆, 郑占垒, 夏洋洋, 张家超. 基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的 一维流变固结分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2029-2038.
[2] 刘 健, 陈 亮, 王春萍, 马利科, 王 驹. 一种非稳态气体渗流条件下岩石渗透特性 参数计算方法及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1721-1730.
[3] 徐 强, 肖 明, 陈俊涛, 倪少虎, . 渗流监测数据缺失处理与渗透稳定判断[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1526-1534.
[4] 谢 强, 田大浪, 刘金辉, 张建华, 张志斌, . 土质边坡的饱和−非饱和渗流分析及特殊应力修正[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 879-892.
[5] 郑黎明, 张洋洋, 李子丰, 马平华, 阳鑫军, . 低频波动下考虑孔隙度与压力不同程度变 化的岩土固结渗流分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1158-1168.
[6] 陈卫忠, 李翻翻, 马永尚, 雷 江, 于洪丹, 邢天海, 郑有雷, 贾晓东, . 并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1213-1220.
[7] 尹 乾, 靖洪文, 刘日成, 苏海健, 蔚立元, 王迎超. 不同侧压力系数下裂隙网络岩体非线性渗流特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 592-600.
[8] 王启茜, 周洪福, 符文熹, 叶 飞, . 水流拖曳力对斜坡浅层土稳定性的影响分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 759-766.
[9] 汪华斌, 李建梅, 金怡轩, 周 博, 周 宇, . 降雨诱发边坡破坏数值模拟两个关键问题 的解决方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 777-784.
[10] 王鹏飞, 李长洪, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆, . 断层带不同含石率土石混合体渗流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 53-61.
[11] 时 刚,刘忠玉,李永辉. 循环荷载作用下考虑非达西渗流的软黏土一维流变固结分析[J]. , 2018, 39(S1): 521-528.
[12] 丁红岩,贾 楠,张浦阳, . 砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究[J]. , 2018, 39(9): 3130-3138.
[13] 熊 峰,孙 昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕,. 粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. , 2018, 39(9): 3294-3302.
[14] 张晨阳,张 明,张泰丽,孙 强,杨 龙,. 侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响[J]. , 2018, 39(7): 2617-2625.
[15] 孔 洋,朱珍德,阮怀宁, . 三向应力作用下节理岩体渗流-应力耦合特性[J]. , 2018, 39(6): 2008-2016.
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[1] 和法国,谌文武,韩文峰,张景科. 高分子材料SH固沙性能与微结构相关性研究[J]. , 2009, 30(12): 3803 -3807 .
[2] 雷永生. 西安地铁二号线下穿城墙及钟楼保护措施研究[J]. , 2010, 31(1): 223 -228 .
[3] 胡晓军,谭晓惠. 弹性抗滑桩全桩内力计算的地基反力荷载法[J]. , 2010, 31(1): 299 -303 .
[4] 江 浩,汪 稔,吕颖慧,孟庆山. 钙质砂中模型桩的试验研究[J]. , 2010, 31(3): 780 -784 .
[5] 乔金丽,张义同,高 健. 考虑渗流的多层土盾构隧道开挖面稳定性分析[J]. , 2010, 31(5): 1497 -1502 .
[6] 吕祥锋,潘一山,刘建军,唐巨鹏,狄军贞. 孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究[J]. , 2010, 31(11): 3447 -3451 .
[7] 徐 扬,高 谦,李 欣,李俊华,贾云喜. 土石混合体渗透性现场试坑试验研究[J]. , 2009, 30(3): 855 -858 .
[8] 邓华锋,张国栋,王乐华,邓成进,郭 靖,鲁 涛. 导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析[J]. , 2011, 32(3): 855 -860 .
[9] 扈 萍,茂松,马少坤,秦会来. 基于临界状态模型的砂土非共轴本构模拟[J]. , 2011, 32(S1): 230 -235 .
[10] 钱岳红 ,李 杰 ,陈文涛 ,李文培. 考虑卸荷时间的深埋巷道附近破坏特性研究[J]. , 2011, 32(5): 1347 -1352 .