非飽和土力學(xué)的案例
關(guān)于VADOSE/W的特性及應(yīng)用
VADOSE/W軟件是一款分析外界環(huán)境中的水體通過(guò)地面和地下的非飽和土區(qū)域進(jìn)入地下水體的有限元軟件。它可以對(duì)各種環(huán)境狀況和地下水滲流相結(jié)合的問(wèn)題進(jìn)行分析。比如，用戶可以使用VADOSE/W軟件對(duì)由于下雨而引起的地下水滲流問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，也可以建立一種考慮了雪的融化、植物根部的蒸發(fā)、表面蒸發(fā)、流走、積聚、氣體擴(kuò)散等多種因素影響的非常復(fù)雜的模型來(lái)進(jìn)行分析。
對(duì)非飽和土力學(xué)性能的理解對(duì)于，分析邊坡穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)礦床或城市垃圾廢棄物設(shè)施的覆蓋土層、農(nóng)業(yè)或灌溉項(xiàng)目中的地下水滲流等問(wèn)題的研究都是非常重要的。地表的環(huán)境狀況，如滲流、蒸發(fā)、蒸騰等對(duì)非飽和區(qū)域和滲流區(qū)域內(nèi)的土體性質(zhì)有很大影響，這已經(jīng)日益引起人們的關(guān)注和認(rèn)識(shí)。
事實(shí)上，“非飽和土力學(xué)行為受地表水流狀況的影響，遠(yuǎn)大于受非飽和土區(qū)域厚度的影響?！币虼?，如何確定環(huán)境狀況對(duì)非飽和土區(qū)域的影響，就需要用VADOSE/W軟件來(lái)進(jìn)行建模分析了。
VADOSE/W軟件可以應(yīng)用于巖土工程、采礦、水文地質(zhì)學(xué)、工業(yè)和民用工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和分析中。
VADOSE/W軟件的特點(diǎn)：
? 基于覆蓋土層厚度和土質(zhì)特性參數(shù)的面層單元網(wǎng)格。
? 復(fù)雜土層覆蓋的地質(zhì)巖層建模分析。
? 在求解時(shí)使用自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)保證計(jì)算的收斂和每個(gè)天然氣象數(shù)據(jù)的邊界條件。
? 基于粒徑信息和基本參數(shù)，估計(jì)土體的特性參數(shù)。
? 使用隨時(shí)更新的全球氣象數(shù)據(jù)庫(kù)資料或加入某一特定區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)。
? 可以指定總太陽(yáng)輻射或潛在水汽蒸發(fā)作為氣象數(shù)據(jù)，或讓VADOSE/W軟件自己估計(jì)能量成分。
? 提供與DXF、WMF、EMF或BMP格式文件的接口，并可以將計(jì)算結(jié)果以這些文件格式輸出。
? 計(jì)算邊界面上的流量：對(duì)滲流區(qū)域進(jìn)行建模分析的關(guān)鍵問(wèn)題是預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的面邊界條件。
展開(kāi) 非飽和土邊坡降雨入滲
降雨入滲條件下非飽和土邊坡穩(wěn)定分析[J]. 巖土力學(xué), 2005, 26(12):92-97.
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來(lái)源：ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用
論文速遞 | 不同剪切方向下土工格柵-土界面剪切行為的離散元研究
Email: yafeijia@whu.edu.cn
通訊作者
Jun Zhang（張軍）
山西省交通科技研發(fā)有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)，智慧交通山西省實(shí)驗(yàn)室主任、黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、黃土力學(xué)與工程山西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。
Email: zj_sxjt@hotmail.com
Yewei Zheng（鄭燁煒）
武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，主要從事土工合成材料加筋土、巖土地震工程、土動(dòng)力學(xué)和非飽和土力學(xué)等方面研究，致力于提升重大自然災(zāi)害和復(fù)雜氣候條件下交通巖土基礎(chǔ)設(shè)施的韌性和可持續(xù)性。
Email: yzheng@whu.edu.cn
文章來(lái)源：Computers and Geotechnics
展開(kāi) 梅大高速路面塌方令人痛心，從仿真角度淺談降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響
當(dāng)降雨強(qiáng)度大于邊坡土體速度時(shí), 一方面淺層土體迅速達(dá)到暫態(tài)飽和，坡面形成地表徑流，對(duì)坡面造成沖刷；另一方面雨水滲透到內(nèi)部，土體的含水量不斷增大，引起邊坡滲流場(chǎng)的變化，并產(chǎn)生一定的滲流力，同時(shí)作用在土體上的動(dòng)水荷載和靜水荷載也增大，土體抗剪強(qiáng)度降低，使邊坡的穩(wěn)定性降低，甚至導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。
實(shí)際工程中，邊坡一般為非飽和土體邊坡?；?em>非飽和土土力學(xué)理論，降雨影響邊坡穩(wěn)定性及誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的機(jī)理主要有以下四個(gè)方面[5]：
（1）雨水入滲引起基質(zhì)吸力降低。非飽和土內(nèi)的吸力會(huì)因外界入滲和蒸發(fā)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(chǎn)生暫態(tài)飽和，土體達(dá)到塑性狀態(tài)，有效凝聚力和有效內(nèi)摩擦角大幅下降。降雨強(qiáng)度愈均勻，持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)愈低，這是造成突發(fā)性滑坡的根本原因。
圖 3 降雨導(dǎo)致非飽和土基質(zhì)吸力的變化
（2）雨水導(dǎo)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(shí)土體浸濕軟化（強(qiáng)度軟化和應(yīng)變軟化），導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。
（3）地下水位的上升。一方面地下水滲流過(guò)程對(duì)土顆粒施加壓力，同時(shí)可使粒間易溶的膠結(jié)物流失，使顆粒間的粘聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)降低。另一方面，坡體的動(dòng)水壓力和靜水壓力增大，在基巖風(fēng)化面或隔水的各種黏土層處形成軟弱滑動(dòng)面，促使和加速滑坡體的滑動(dòng)。而對(duì)于砂土，水位上升導(dǎo)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(huì)使邊坡穩(wěn)定性大幅降低。
（4）降雨對(duì)邊坡坡面沖蝕。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于入滲強(qiáng)度時(shí)，坡面會(huì)產(chǎn)生下流水力沖刷。沖蝕導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的機(jī)理為：濺蝕—面蝕—細(xì)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(dòng)力來(lái)源。
圖 4 人工排土邊坡水力沖刷
二、降雨造成邊坡失穩(wěn)的有限元仿真
剛體極限平衡法是工程中應(yīng)用最早，計(jì)算理論體系最為完備的分析方法。
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