飽和土
關(guān)注創(chuàng)建者：莊皓云 創(chuàng)建時(shí)間：2023-05-10
飽和土的視頻教程
ABAQUS基坑非飽和滲流詳解
從原理到操作對(duì)采用ABAQUS進(jìn)行非飽和土滲流分析方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 通過交互導(dǎo)出inp文件的方法對(duì)單元進(jìn)行分組，確定單元面的編號(hào)，并從單元拓?fù)潢P(guān)系的角度介紹了確定單元面編號(hào)的方法。 講解了滲流分析中存在的四種滲流邊界，著重講解了自由溢出邊界設(shè)置的兩種方法，并通過基坑管井降水模型介紹操作過程。
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飽和土的實(shí)例教程
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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來源：ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用
在本文導(dǎo)出的基于相平衡和力平衡的一維冰分凝模型基礎(chǔ)上，將冰分凝量作為初應(yīng)變考慮，應(yīng)用熱應(yīng)力研究中的Duhamel方法，考慮邊界的約束條件，將溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)聯(lián)系起來，導(dǎo)出了一個(gè)關(guān)于飽和顆粒土凍結(jié)過程中三場(chǎng)耦合的簡(jiǎn)單一維模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了邊界約束對(duì)于凍脹現(xiàn)象的影響
飽和顆粒土凍結(jié)過程中的多場(chǎng)耦合研究.pdf
VADOSE/W軟件是一款分析外界環(huán)境中的水體通過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。”因此，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)鍵問題是預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的面邊界條件。
展開 因而，研究非飽和土的流-固耦合問題具有重大理論和實(shí)際意義。
施工過程對(duì)環(huán)境的影響
一般地鐵車站工程具有開挖跨度大、臨時(shí)支護(hù)和工法轉(zhuǎn)換頻繁、時(shí)空效應(yīng)顯著、地質(zhì)條件復(fù)雜、邊界環(huán)境條件限制嚴(yán)格、施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極大等特點(diǎn)。地鐵車站建設(shè)中的工程問題具有材料非線性、幾何非線性、邊界非線性、時(shí)空效應(yīng)等特點(diǎn)。
以地鐵車站作為工程背景，研究地鐵車站施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖和近鄰重要環(huán)境對(duì)象（橋基、管線、建筑物等）的力學(xué)響應(yīng)和安全控制，為地鐵車站的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)施工管理提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，為施工安全提供技術(shù)保障和科學(xué)決策。
邊坡穩(wěn)定的剪切帶計(jì)算
應(yīng)變局部化現(xiàn)象在巖土工程中大量存在，最為典型的就是土體失穩(wěn)時(shí)形成的剪切帶。
剪切帶形成的研究對(duì)于評(píng)價(jià)土工結(jié)構(gòu)物的安全性和穩(wěn)定性等問題具有重 要意義。剪切帶現(xiàn)象的本質(zhì)是材料的不穩(wěn)定性，材料不穩(wěn)定研究中的一個(gè)十分重要的問題是多尺度和標(biāo)度律的問題。在材料發(fā)生不穩(wěn)定性時(shí)，不同的物理過程，不同的微－細(xì)觀結(jié)構(gòu)，在某個(gè)時(shí)間尺度內(nèi)，將以其特有的動(dòng)力學(xué)行為，在某個(gè)特征尺度上表現(xiàn)自己，它對(duì)計(jì)算力學(xué)構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。
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(shù)都處于非飽和狀態(tài)，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(fù)合介質(zhì)，其物理性質(zhì)較復(fù)雜。降雨入滲是一種典型的非飽和流固耦合現(xiàn)象，需要研究雨水入滲的瞬態(tài)滲流場(chǎng)、土坡變形以及各種邊界條件的影響。分析非飽和流固耦合過程要考慮多因素控制方程，并求出各種邊值問題的解。探討滲流－變形耦合場(chǎng)來研究降雨入滲滑坡，是目前環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害和巖土工程需要展開的工作。
節(jié)理材料的邊坡穩(wěn)定性分析
巖石是一種非常復(fù)雜的材料。
展開 ①有效應(yīng)力
土體強(qiáng)度主要由土顆粒之間的法向應(yīng)力決定的：
τ=c+σtanψ
飽和土體由土和水組成，而總應(yīng)力也是由這2相承擔(dān)。孔隙中的水承擔(dān)的部分我們稱呼為孔隙水壓力，另外一部分土骨架承擔(dān)的部分我們稱呼為有效應(yīng)力。土的抗剪強(qiáng)度是由有效應(yīng)力決定的(水是流體，不耐剪)。
P=P'+(A-As)*u As為土顆粒接觸面積
同時(shí)除以A得，σ=σ'+(1-α)*u
如果α等于零，即最早太沙基提出的飽和土有效應(yīng)力原理。
我們正常固結(jié)的飽和土中的孔隙水壓力為靜孔隙水壓力，在外荷載如地震等作用下會(huì)形成超孔隙水壓力。通常我們關(guān)心超孔隙水壓力的分布與消散，但在地震等瞬間發(fā)生的巨大外荷載作用下，超孔隙水壓力來不及消散（土的固結(jié)滲透是個(gè)漫長(zhǎng)過程）。孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力減小，成液態(tài)狀-即土的液化。
②外力增量(鉛直增量Δσ1,水平增量Δσ3)下孔隙水壓力變化
大多土工問題常把主應(yīng)力增量分成兩部分來考慮，①各項(xiàng)等壓增量(Δσ1+Δσ3)/2 ②偏差應(yīng)力增量(Δσ1-Δσ3)/2。前者對(duì)應(yīng)的孔隙水壓力增量為Uc，后者對(duì)應(yīng)的孔隙水壓力增量為Us，總的孔隙水壓力增量為u=Uc+Us，那么Uc和Us與外力增量間有什么關(guān)系呢，接下來介紹兩個(gè)孔壓系數(shù)B和A(見推導(dǎo))。
（圖中有點(diǎn)錯(cuò)誤，最后Δu=B*Δσ）
即：Uc=B*(Δσ1+Δσ3)/2
對(duì)于飽和巖土，水壓縮系數(shù)很小，而土骨架壓縮系數(shù)很大，固對(duì)于飽和土體，B可以取1.
展開 
飽和土的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
飽和土的最新內(nèi)容
張量形式：（黃茂松，2004，飽和多孔介質(zhì)土動(dòng)力學(xué)理論與數(shù)值解法）
根據(jù)Terzaghi有效應(yīng)力原理可知：
多孔介質(zhì)力學(xué)：（宋二祥，土力學(xué)理論與數(shù)值方法，P160）
（-20）=（-15）-（5） 總應(yīng)力為20kPa壓應(yīng)力，15kPa有效壓應(yīng)力，5kPa孔壓。
基于非飽和土土力學(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。
ring shear tests【[最新文獻(xiàn)]循環(huán)單軸和三軸剪切的液化阻力: 一個(gè)比較研究 [11/8/2020]】
[9] (2021) Impacts of fixed-end and flexible boundary conditions on seismic response of shallow foundations on saturated sand【UNSAT2023---第八屆非飽和土國(guó)際會(huì)議
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。
n=Vv/V*100%
n=e/(1+e)
表示土中含水程度的指標(biāo)：
1) 土的飽和度Sr——土中被水占據(jù)的孔隙體積Vw與孔隙總體積Vv之比
Sr = Vw/Vv x 100%
飽和度本質(zhì)上表示土體孔隙中充滿水的程度。對(duì)于完全的干土，Sr=0；對(duì)于完全飽和土，Sr=1.0
飽和土：這些孔隙完全被水充滿；
非飽和土：只有一部分孔隙被水占據(jù)，另一部分被氣體占據(jù)；
干土：完全充滿氣體。
土的物理力學(xué)性質(zhì)
土體由土顆粒、水、氣體三部分組成，三相自身的性質(zhì)及他們之間的相互作用和比例關(guān)系，決定了土的物理力學(xué)性質(zhì)（the physical and mechanical properties of soil)。
一、初始條件類
1）初始應(yīng)力場(chǎng)（含孔壓場(chǎng)）
2）初始孔隙比
3）初始飽和度
4）初始溫度分布
5）初始場(chǎng)變量
二、分析步類型
1）總應(yīng)力分析
2）有效應(yīng)力
固結(jié)分析（飽和土、非飽和土）
3）熱-力-流耦合分析（同時(shí)考慮固結(jié)和傳熱）
4）動(dòng)力分析
需要注意ABAQUS
ABAQUS中的Soil分析步，不僅提供了流固耦合的穩(wěn)態(tài)滲流、瞬態(tài)固結(jié)的功能，而且提供了針對(duì)非飽和土的分析功能。
（3）ABAQUS提供了Geostatic分析步，可準(zhǔn)確、靈活得建立濕土（考慮靜水壓力的影響）和干土（不考慮靜水壓力的影響）初始應(yīng)力狀態(tài)。
二、分析步類型
1）總應(yīng)力分析
2）有效應(yīng)力
固結(jié)分析（飽和土
這三點(diǎn)賦予了軟件很高的自由度，可以說任何巖土問題在FLAC3D里面都能實(shí)現(xiàn)，比如我現(xiàn)在的Boss（geofem zsoil的版主）就曾經(jīng)在FLAC3D里面二次開發(fā)了適用于基坑開挖模擬的非飽和土HS模型。
FLAC3D前后處理的短板在很長(zhǎng)時(shí)間里，是通過用戶自己去完善的，可以說FLAC3D是用戶參與開發(fā)的優(yōu)秀開放性平臺(tái)。
