● 题目 ●
Titlle
期刊：Computers and Geotechnics
作者：Yewei Zheng a , Hao Wu a , Xiaohan Luan a , John S. McCartney b
年份：2024
●●● 摘要(Abstract)●●●
本文使用非饱和土的耦合水力-力学本构模型，对降雨入渗作用下非饱和路堤的变形响应进行了数值模拟。该本构模型考虑了饱和度对应力-应变行为的影响以及孔隙比对持水行为的影响。该本构模型在有限差分程序 FLAC 中实现，使用三轴试验数据进行校准，并使用离心试验中路堤模型湿陷引起的变形测量值进行验证。验证表明，该本构模型能够捕捉湿润条件下非饱和土的耦合水力-力学行为。对降雨入渗作用下非饱和路堤的水力-力学响应的模拟表明，在降雨入渗期间，路堤顶面中心线与路肩之间的差异沉降显著增加，这可能会对上方的交通基础设施造成严重破坏。随着降雨入渗的增加，剪应变累积并在距坡面约 2 米的浅深度处形成潜在破坏面。对降雨入渗作用下非饱和路堤的水力-力学响应的深入了解，将有助于在压实路堤的设计和施工中考虑气候变化的影响。
●●● 图表(Figures)●●●
图 1. 各向同性条件下基于有效应力的 LC 屈服曲线
图 3. 不同孔隙比下的土壤持水曲线
图 5. 各向同性压缩下三轴试验实验结果与模拟结果对比
图 7. 剪切作用下三轴试验的实验结果与模拟结果对比（吸力 s = 147 kPa 且平均净应力 p = 196 kPa）
图 10. 路堤模型的几何形状和边界条件
图 11. 不同降水量下饱和度的分布
图 13. 瞬时降雨下堤岸中心线处土单元的水力-力学响应：(a)吸力与饱和度；(b)沉降与体积应变
图 18. 不同降水量下的剪应变分布。
●●● 结论(Conclusions)●●●
引入了非饱和土的水力耦合本构模型，并在有限差分程序 FLAC 中实现。该模型使用非饱和土的三轴试验数据成功进行了校准，并通过土工离心机中测试的路堤湿化引起的变形测量进行了验证。这些表明非饱和土的本构模型可以捕捉到非饱和土在湿润条件下的水力耦合行为，并可用于研究边值问题。然后，该模型被应用于研究非饱和路堤在降雨入渗下的水力力学响应，以了解路堤坡角和高度对降雨引起的路堤变形的影响。对于本研究中调查的条件，得出以下结论：1. 随着水渗入路堤，饱和度增加，土单元中的吸力如预期般变化。随着湿润锋向路堤内部移动，更多区域具有正孔隙水压力。饱和度和吸力的变化导致土壤中的有效应力和屈服应力降低。在此过程中 LC 曲线的扩展表明在湿润时屈服并产生塑性收缩体积应变。2. 在降雨入渗期间，中心线和路肩之间的顶面差异沉降显著增加，这可能对上层结构造成严重破坏。沿着路堤中心线的高程，在低围压下，0.2 米的浅层区域在湿润时经历轻微膨胀，而随着降雨更深地渗入路堤，浅层区域下方的沉降积累，并且随着入渗增加，沉降积累区域变大。3. 随着入渗增加，剪应变不断积累并向坡脚增加，形成一个突出的塑性剪切带。路堤完全饱和后，最大横向位移显著增加，但路堤边坡保持稳定。然而，剪应变等值线表明在距坡面约 2 米的浅深度处形成潜在破坏面，即使可能不会发生破坏。4. 路堤的几何形状在降雨引起的路堤变形中起着重要作用。路堤顶面的差异沉降和路堤坡面的最大横向位移随着坡角的增加而显著增加。对于坡角大于 1V:1.5H 的情况，由于湿润，在设计路堤路肩时应更加注意。湿润引起的变形也随着路堤高度的增加而增加，并且最大横向位移都发生在 0.6H 至 0.7H 的高程处。
● 参考文献 ●
●●● References ●●●
Zheng, Y., Wu, H., Luan, X. and McCartney, J.S., 2024. Numerical simulation of rainfall-induced deformations of embankments considering the coupled hydro-mechanical behavior of unsaturated soils. Computers and Geotechnics, 175, 106714.
End
工程地质灾害与滑坡风险评估
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