考虑土石界面渗透性的土石混合体渗流有限元模拟

何玲丽，田东方，王世梅，陈 勇

(1.水利与环境国家级实验教学示范中心，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；3.三峡库区地质灾害省部共建教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；4.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)

1 研究背景

土石混合体(SRM)是指第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的岩块、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀松散岩土介质系统[1]。这类介质在我国各地广泛分布于边坡、地基及地下工程中，还经常作为工程材料应用于大坝、岸堤、路基、机场等。以SRM的细观结构(即其中块石的形状、尺寸、分布等信息)为基础，通过渗流数值模拟可以确定水分在土体与块石中的运移过程。以此为基础，可开展渗透数值实验，揭示细观结构对SRM渗透特征的影响，也可从细观尺度研究土石混合体内部变形破坏过程，有助于探索土石混合体破坏机制。

目前，基于细观结构的渗流模拟，多将SRM视为土体和块石构成的二元介质，采用达西定律描述土体和块石的渗流，利用有限元实现数值模拟，如徐文杰等[2]和Yan等[3]的研究。数值实验表明，SRM渗透系数受含石率影响较大，且随含石率的增大而单调递减；同时，由于土体和块石的渗流符合达西定律，故SRM的渗流也符合达西定律。

然而，实验表明SRM的渗透系数随含石率的增大并非单调递减，而是先降后增[4-5]，如图1a所示；此外，SRM的渗透速度是水力梯度的幂函数[6-7]，如图1b所示。从图1a可见，现有的数值模拟不能很好地反映SRM的渗透特征。……