滑坡土體滲流與蠕變耦合數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著庫水位周期性漲落，滑坡體內(nèi)呈現(xiàn)周期性升降，滑坡變形對庫水位變動的響應(yīng)具有顯著的時間效應(yīng)，這既表現(xiàn)為地下水滲流產(chǎn)生的時間效應(yīng)，也表現(xiàn)為蠕變產(chǎn)生的時間效應(yīng)，因此，如何揭示滲流與蠕變耦合作用特性，成為當(dāng)今水庫型滑坡動力學(xué)機制研究的關(guān)鍵問題。目前，不少學(xué)者在水庫滑坡變動過程中滲流場和應(yīng)力場研究方面進行了卓有成效的探索，但是對于滲流與蠕變耦合效應(yīng)問題尚未引起關(guān)注。本文基于元件基本理論，建立了適用于滑坡土體修正的伯格斯蠕變模型，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求解

2、得到修正伯格斯模型參數(shù)；基于滲流、粘彈性模型求解方程等基本理論，推導(dǎo)出滲流場方程、滲流作用下蠕變應(yīng)力場基本方程及耦合動態(tài)關(guān)系表達式，得到滲流與蠕變耦合數(shù)學(xué)模型。建立了離散連續(xù)性方程有限元形式和蠕變平衡方程有限元形式，得到了滲流與蠕變耦合求解的總體控制有限元方程，采用MATLAB軟件編制耦合與不耦合效應(yīng)下不同時刻的滲流場與位移場變化規(guī)律，對三峽庫區(qū)白家包滑坡進行數(shù)值計算，并將計算結(jié)果與實際檢測資料進行對比。主要研究內(nèi)容和成果如下：

3、　　1）基于元件模型的相關(guān)理論和實驗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出修正的伯格斯蠕變模型，采用最小二乘法求解修正的伯格斯模型所有參數(shù)，再將求解的參數(shù)進行回代驗證，結(jié)果表明該模型求解值與實驗數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)在0.96以上，說明模型合理。
　　2）基于滲流基本方程，推導(dǎo)出蠕變作用下滲流場數(shù)學(xué)方程；采用粘彈性力學(xué)Laplace變換方法，得到滲流作用下蠕變應(yīng)力場數(shù)學(xué)方程；建立耦合橋梁—孔隙率和滲透率動態(tài)變化方程，聯(lián)立三個方程組及相關(guān)邊界條件，得到滲流與蠕變耦合

4、數(shù)學(xué)模型。
　　3）基于有限元基本理論和滲流與蠕變耦合數(shù)學(xué)模型，建立離散的連續(xù)性方程有限元形式和蠕變平衡方程的有限元形式，通過耦合項孔隙率與滲透系數(shù)關(guān)系，得到滲流與蠕變耦合總體控制方程有限元形式。采用MATLAB軟件編制有限元程序進行全耦合求解，通過耦合循環(huán)迭代，保證每個時步滲透系數(shù)、孔隙率、位移的誤差值小于0.001。
　　4）選取三峽庫區(qū)白家包滑坡作為計算實例，用MATLAB軟件模擬庫水位從175m下降到145m情況下，