复杂条件下膨胀土边坡渗流和稳定性分析

　　　　　　　　　　　　　　　　　　勘　察　科　学　技　术　　　　　　　　　　　2005年第2期16所建坝体位置现代河床堆积为第四系深厚覆盖层,共四层,由老到新依次为:①Q23漂卵石层,②

-1-2Q1卵砾石层,③Q1漂卵石夹透镜状砂层,④Q2444

漂(块)卵石层。总体来看四层均以漂卵石等粗颗粒为主,磨圆度较好,各层结构总体较为密实;覆盖层

厚度一般为40～60m,最厚70～80m,河床谷底基岩顶板高程600～610m;覆盖层下伏基岩主要为前震旦系浅变质玄武岩和澄江期花岗岩,岩石致密坚硬,其中花岗岩体完整性较好,为工程主要利用岩体。大坝所处区覆盖层以下花岗岩中发育有断层。土石坝横剖面如图1示

。

图1　3　耦合模型

311　Fredlund[2]曾对非饱和土壤

k,y);γw为水

w,对于饱和区,体积含水量

ε的变化量即为体应变(Δv)的变化量。

据虚位移原理,式(4)可化为:

-

。根据其建立的土体本构关系,那么相应地,对于饱和区,孔隙气压等于大气压,水体充满介质孔隙,因此就可以建立起如下的本构关系:

σε{Δ}=[D]{Δ}+{m}Δuw

(1)

　uuVdA∫5tdV=∫

w

++dV+

γγxxyyww

3

w

33

3

n

(5)

式中,[D]为线弹性矩阵,与弹性模量及泊松比有关;{m}为单位等参向量,{m}T=<1,1,1,0>;uw为孔隙水压力。

据虚位移原理,将式(1)离散,可得如下形式:

δρ[B]T[D][B]{Δ}+

ρ[B]{m}<N>{Δuw}=ρF

其中:[K]=[B]T[D][B],为劲度矩阵;

[Ld]=[B]{m}<N>,为耦合矩阵。

TT

式中,Vn为边界通量。

对上式进行有限元离散,可得

-[B]T[Kw][B]{uw}dV+γw

(2)

　<N>{m}[B∫

　<N>VdV∫

T

T

T

n

T

dV=(6)

其中,[Kf]=∫[B]T[Kw][B]dV为单元劲度矩阵;

[Lf]=∫<N>{m}[B]dV为水流耦合矩阵;[B]

简写之,即为:

δ[K]{Δ}+[Ld]{Δuw}={ΔF}

312　渗流连续性方程

(3)

为应变矩阵;[Kw]为渗透矩阵。

对渗流方程由t时间到t+Δt时间进行积分t+Δtt+Δt

-[Kf]{uw}dt+[Lfdt=γttw

根据研究区岩土体渗流特点,可以将其概化为非均质各向同性渗流模型。根据Darcy定律,可以建立渗流方程

++=022γγt5x5yww

2

2

∫

　∫

t

∫

t+Δt

<N>VndAdt

T

(7)

(4)

　　引入时间步长因子θ,对式(6)应用时间差分得

Δθ)[Kf]{uw}|t+[Kf]{uw}t+Δt+(1-θ-

γw