入滲
關注創建者：笑傲江湖123 創建時間：2021-03-28
入滲的視頻教程
基于ABAQUS的邊坡降雨入滲分析
介紹了： 降雨入滲分析的目的 降雨入滲分析的基本原理 雨水入滲的三類情況 ABAQUS流量邊界條件的類型 降雨入滲模型的建模步驟 浸潤線的顯示 后處理技巧
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降雨入滲條件下土質邊坡流固耦合分析與強度折減法穩定性分析
第1部分：降雨入滲條件下土質邊坡響應的流固耦合分析方法 第2部分：降雨入滲條件下土質邊坡穩定性的強度折減分析方法 第3部分：降雨入滲條件下土質邊坡任意時刻穩定性的批量實時分析方法
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入滲的實例教程
這里入滲強度和土體參數只是為了演示效果。
土坡坡腳沒有設置降雨入滲條件。這是因為本例中地下水位固定在坡腳處，降雨后認為該處孔壓仍然保留為0。
圖6
（5）滲透系數的影響
降雨72小時前后后，孔壓的分布如圖7所示，可以看到降雨的影響，讀者可以選定不同位置的土體單元，觀察基質吸力的演化過程。
圖7
如果將土體滲透系數下降一個數量級（0.018mm/h）,小于降雨強度，水來不及下滲，降雨1.738小時后就已經破壞（圖8-圖9）
圖8塑性應變
圖9mises應力
【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. 降雨入滲條件下非飽和土邊坡穩定分析[J]. 巖土力學, 2005, 26(12):92-97.
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1sRp3uZ2_YMVPExf-etvK7Q 密碼：ugb4
來源：ABAQUS在巖土工程中的應用
展開 摘 要：
為了分析邊坡在降雨入滲作用下的滲流和穩定性，文章采用有限元強度折減數值模擬法，分析坡面滲流及穩定性受降雨強度、持續時間及類型等因素的影響。結果表明：隨著邊坡降雨強度或持續時間的增加，邊坡最大孔壓逐漸增大，穩定性系數逐步降低。總降雨量相同的情況下，短期暴雨對粘性土坡的影響更為明顯，造成孔壓升高，邊坡穩定性下降。研究結果對邊坡穩定性評估提供參考。
關鍵詞：降雨入滲;邊坡穩定性;數值模擬;ABAQUS;孔隙水壓;
隨著城市建設進程的推進，土地資源日益稀缺，越來越多的工程開始修建于山區，邊坡護坡不當往往造成山體滑坡、崩塌失穩，造成財產重大損失和人員傷亡[1,2]。因此，邊坡穩定性研究成為巖土工程領域的重點研究課題。降雨入滲對邊坡穩定性影響顯著。降雨水分在邊坡地表時，會逐漸向下滲透到邊坡體內部，增大了邊坡土體的飽和度，降低了土體的抗剪強度，誘發邊坡失穩，導致邊坡滑坡或坍塌。此外，降雨還會導致邊坡土體內部的水壓增大，使得土體的抗剪強度進一步降低。在強降雨時，水壓可能會很快上升，從而迅速引發邊坡失穩。國內外研究人員提出了各種理論和數值模擬方法評價降雨條件下邊坡的穩定性，包括極限平衡法、極限分析法和數值模擬方法，如有限元法、有限差分法、離散元法等[4]。趙衡等[5]利用FLAC3D軟件對某路塹邊坡進行數值模擬分析，得出邊坡破壞方式為對稱破壞，并提出斜坡穩定性極限平衡計算方法。喬翔等[6]針對某公路邊坡的剖面模型，采用極限平衡法對坡體不同部位進行穩定性分析，并根據受力分析提出合理的邊坡加固方案。劉勇等[7]以改良的極限平衡法為基礎，結合室內測試和數值模擬技術，揭示降雨對邊坡安全系數產生顯著影響的影響因素，如降雨強度和降雨時長等，并計算了在降雨入滲作用下，非飽和土質邊坡的穩定性。
展開 基于非飽和土土力學理論，降雨影響邊坡穩定性及誘發邊坡失穩的機理主要有以下四個方面[5]：
（1）雨水入滲引起基質吸力降低。非飽和土內的吸力會因外界入滲和蒸發的作用而重新分布。降雨入滲使邊坡非飽和帶土體的吸力降低，產生暫態飽和，土體達到塑性狀態，有效凝聚力和有效內摩擦角大幅下降。降雨強度愈均勻，持續時間愈長，邊坡穩定性安全系數愈低，這是造成突發性滑坡的根本原因。
圖 3 降雨導致非飽和土基質吸力的變化
（2）雨水導致邊坡土體軟化：降雨后，地下水位升高，水力坡度增大，造成滲透壓力的改變， 同時土體浸濕軟化（強度軟化和應變軟化），導致邊坡穩定性降低。
（3）地下水位的上升。一方面地下水滲流過程對土顆粒施加壓力，同時可使粒間易溶的膠結物流失，使顆粒間的粘聚力和內摩擦系數降低。另一方面，坡體的動水壓力和靜水壓力增大，在基巖風化面或隔水的各種黏土層處形成軟弱滑動面，促使和加速滑坡體的滑動。而對于砂土，水位上升導致的孔隙水壓力的突然增大，有可能引起土體的液化。這都會使邊坡穩定性大幅降低。
（4）降雨對邊坡坡面沖蝕。當降雨強度大于入滲強度時，坡面會產生下流水力沖刷。沖蝕導致邊坡失穩的機理為：濺蝕—面蝕—細溝沖蝕—淺溝沖蝕—崩塌—滑坡。降雨及其形成的坡面流是沖蝕的動力來源。
圖 4 人工排土邊坡水力沖刷
二、降雨造成邊坡失穩的有限元仿真
剛體極限平衡法是工程中應用最早，計算理論體系最為完備的分析方法。進入 21 世紀以來，計算機技術的迅猛發展推動了以有限元法為代表的邊坡數值計算方法的快速發展。降雨對邊坡穩定的影響研究主要可以從邊坡內部滲流場分布規律和邊坡整體穩定性兩方面開展。以下以某邊坡為例，通過基于有限元的極限平衡法，對降雨情況下的邊坡穩定性進行分析。
首先需根據原始工程資料，建立有限元分析模型，并劃分有限元網格和設置邊界條件。
展開 在一系列的工程問題中，涉及有效應力、變形、水運動、堤壩滲流變形、油氣開采、煤層內瓦斯滲流、地基的蒸發固結和降雨入滲的滑坡等問題，這些問題一般都必須考慮水、氣兩相流體流動和固相變形之間的相互作用。因而，研究非飽和土的流-固耦合問題具有重大理論和實際意義。
施工過程對環境的影響
一般地鐵車站工程具有開挖跨度大、臨時支護和工法轉換頻繁、時空效應顯著、地質條件復雜、邊界環境條件限制嚴格、施工難度和風險極大等特點。地鐵車站建設中的工程問題具有材料非線性、幾何非線性、邊界非線性、時空效應等特點。
以地鐵車站作為工程背景，研究地鐵車站施工過程中支護結構、圍巖和近鄰重要環境對象（橋基、管線、建筑物等）的力學響應和安全控制，為地鐵車站的動態設計和動態施工管理提供理論依據和指導，為施工安全提供技術保障和科學決策。
邊坡穩定的剪切帶計算
應變局部化現象在巖土工程中大量存在，最為典型的就是土體失穩時形成的剪切帶。
剪切帶形成的研究對于評價土工結構物的安全性和穩定性等問題具有重 要意義。剪切帶現象的本質是材料的不穩定性，材料不穩定研究中的一個十分重要的問題是多尺度和標度律的問題。在材料發生不穩定性時，不同的物理過程，不同的微－細觀結構，在某個時間尺度內，將以其特有的動力學行為，在某個特征尺度上表現自己，它對計算力學構成了嚴重的挑戰。
降雨入滲條件下非飽和土邊坡分析
地球表面很大一部分處于干旱或半干旱地帶。因此，工程中遇到的土大多數都處于非飽和狀態，濕陷性黃土、膨脹土、熱帶殘積土和人工填土等都是典型的非飽和土。
非飽和土是固－液－氣三相復合介質，其物理性質較復雜。降雨入滲是一種典型的非飽和流固耦合現象，需要研究雨水入滲的瞬態滲流場、土坡變形以及各種邊界條件的影響。
展開 當暴雨發生時，由于地面坡度大，植被不夠，坡面截流能力較差，土壤表層涵水能力低，使得降雨強度遠遠大于土壤入滲速度，雨水來不及入滲，迅速大量產流，瞬時形成山洪，洪水過程與暴雨過程相似，陡漲陡落，歷時短暫，兇猛的洪水夾雜泥沙傾瀉而下，使下游人民的生命財產遭受嚴重損失。
3.3 造成河庫淤塞，降低水利工程的效益 由于表層土壤裸露，在水力的侵蝕下，大量泥沙隨地表徑流流向塘庫、江河，一方面淤積的泥沙減少了庫容，削弱了水庫的防洪能力，減少水庫的使用壽命，嚴重時易造成漫壩、垮壩等災害，另一方面造成溝渠江河河床拾高，嚴重影響行洪能力，致使洪水宣泄不暢，水位上漲，因此經常出現10年一遇的流量20年一遇的水位現象。
3.4 容易引發山體滑坡、泥石流等災害 由于植被破壞、徑流改變，土壤乃至地質結構受到影響，一遇暴雨，極易形成山體滑坡和泥石流，造成山洪災害。滑坡、泥石流等災害除了沖毀房屋、道路、電力通訊等設施外，也將破壞農田、水塘、水凼、水庫等水利設施，嚴重的還會影響航運，使河道斷流。
3.5 水環境質量下降 由于洪水增大，發生次數增加，表層土壤以泥沙形式進入水體，水體中含沙量增加，增加了水的濁度。同時，流失的土壤中含有大量的有機質及殘存的農藥、肥料等物質，這些物質隨土壤一起進入水體，使水體的面源污染加大。水土流失越嚴重，進入水體的污染物就越多，水污染越嚴重；如前所述，水土流失使水庫、湖泊、河道等發生淤積，同時，枯水季節水量減少，因此，造成水體的稀釋自凈能力下降，水環境容量減少，水污染速度加快。
4 水土保持對水利可持續發展的作用
水土流失危害十分嚴重，影響水資源的利用，在某種程度上講，是中國的頭號環境問題。遏制水土流失，實施水土保持，是當前唯一選擇。
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基于非飽和土土力學理論，降雨影響邊坡穩定性及誘發邊坡失穩的機理主要有以下四個方面[5]：
（1）雨水入滲引起基質吸力降低。非飽和土內的吸力會因外界入滲和蒸發的作用而重新分布。降雨入滲使邊坡非飽和帶土體的吸力降低，產生暫態飽和，土體達到塑性狀態，有效凝聚力和有效內摩擦角大幅下降。降雨強度愈均勻，持續時間愈長，邊坡穩定性安全系數愈低，這是造成突發性滑坡的根本原因。
關鍵詞：降雨入滲;邊坡穩定性;數值模擬;ABAQUS;孔隙水壓;
隨著城市建設進程的推進，土地資源日益稀缺，越來越多的工程開始修建于山區，邊坡護坡不當往往造成山體滑坡、崩塌失穩，造成財產重大損失和人員傷亡[1,2]。因此，邊坡穩定性研究成為巖土工程領域的重點研究課題。降雨入滲對邊坡穩定性影響顯著。
，其中入滲效率和降雨高潮位都有關系。
可見,該斜坡后緣較陡、右側深溝發育、左側陡坎發育、前緣臨空面好,地形地貌條件易于地下水入滲,進而誘發滑坡,威脅聚集區居民、水庫及道路安全(受威脅對象位置如圖7所示)。
據調查,該隱患后緣右側拉裂槽(圖7中A—B處)主體延伸長度為164 m,深于大于22 m,最寬處達4.9 m,總體走向260°,與本次識別結果一致(圖8)。
在基坑開挖階段，坑內因降雨或其他因素形成的積水應及時排出坑外，盡量減少大氣降水和坑內積水的入滲。
d、對于基坑周邊環境保護要求嚴格、坑內疏干含水層與坑外地下水水力聯系較強的基坑工程，應嚴格執行“按需疏干” 的降水運行原則，避免過量降低地下水位。
e、在基坑內、外，均應進行地下水位監控。
▲實際的工作中的凸形坡、凹形坡、直形坡和梯步形坡
一般地，凹形坡有利于土質滑坡的匯水，與土質滑坡的相關性較好，而梯步形坡則顯示有較好的入滲條件，在盤旋公路區、梯田區和人類工程削坡建房區十分發育。因此，這一指標不僅反映了水文條件而且很好地反映了人類活動對滑坡的影響。單體滑坡、崩塌等災害的易發性評價則需要重點考慮滑坡區的水文地質條件。
7）水文地質調查（地表水入滲、沖刷、積水、下降泉等）。
8）人類工程活動對滑坡的作用（如切坡、附加荷載、采礦、爆破等）。
9）測繪比例尺:平面圖一般為1：200~1：500；剖面圖為1：20~1：100。
綜上所述，邊坡穩定性受到力學(M，如重力作用、邊坡開挖后應力重分布、地震活動誘發的動荷載)和水力(H，如地下水滲流、雨水入滲)過程及其相互作用的影響。此外，邊坡的受力過程和水力過程都受到溫度變化的影響。</p><p>利用多物理場耦合軟件comsol，考慮流固耦合采用強度折減法分析邊坡穩定性。
綜上所述，邊坡穩定性受到力學(M，如重力作用、邊坡開挖后應力重分布、地震活動誘發的動荷載)和水力(H，如地下水滲流、雨水入滲)過程及其相互作用的影響。此外，邊坡的受力過程和水力過程都受到溫度變化的影響。
利用多物理場耦合軟件comsol，采用強度折減法分析邊坡穩定性。
模型參數：
模型尺寸：
形成條件主要包括巖土類型（松散或軟巖地層通常易滑）、結構面（切割斜坡巖土體、促進雨水入滲）、地形地貌（發育有高陡的臨空面）、地下水（軟化巖土、降低巖土體強度、產生水壓力等）；誘發因素則主要是降雨（尤其是集中強降雨）、地震、開挖與爆破等人類工程活動及流水沖刷等其他特殊地質環境因素。
