基于水-气二相流模型的土坡稳定性分析

张晓悦,王 栋,张晓乐,沈跃军

(1.浙江水利水电专科学校水利工程系,浙江 杭州 310018;2.信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司杭州分院,浙江杭州 310020;3.浙江华东工程安全技术有限公司,浙江杭州 310014;4.浙江省钱塘江管理局勘测设计院,浙江杭州 310016)

土坡稳定分析是估计天然及人工边坡安全系数的一个常用工具,一般进行边坡稳定分析时,由于测量负孔隙水压力和孔隙气压力并将其纳入稳定分析中比较困难,对于地下水位以上非饱和区中由负孔隙水压力和孔隙气压力所提供的部分抗剪强度通常予以忽略不计。近年来,随着人们对多相流的研究越来越多,在土坡稳定分析中全面考虑孔隙水压力和孔隙气压力成为可能。例如,Dijke等[1]给出了一个较完整的多相流模型,Matthew等[2]提出二相流模型的一种空间和时间离散方法,White等[3]分析了多孔介质饱和度和相对渗透系数关系,Laroche等[4]对多相流模型中毛细压力和饱和度的关系做了研究。

本文建立水-气二相流模型来模拟土体边坡在稳定渗流情况和降雨情况下的水相和气相渗流场,全面考虑土体中的水相和气相流动以及水相和气相成分的相互转换,利用二相流计算结果求得边坡安全系数,分析孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定中的作用。

1 水-气二相流模型

1.1 定义以及基本假设

非饱和土是四相混合体,包括固相、气相、液相以及称为收缩膜的水气分界面[5]。在土体中可能有多种液相,本文只考虑水相。……