大孔隙参数对斜坡非均匀渗流与稳定性的影响

摘要

为揭示降雨条件下大孔隙参数对斜坡水分非均匀运移与稳定性的影响，基于两域模型与稳定系数场原理，建立降雨入渗下斜坡非均匀渗流与稳定性求解模型，并借助COMSOL Multiphysics多物理场有限元平台，编制相应的模型求解程序，通过大孔隙土柱降雨试验验证数值模型的合理性，对比均匀流与非均匀流条件下斜坡体积含水率和点稳定系数，分析大孔隙参数（大孔隙占比ω_f、两域导水系数之比μ、大孔隙经验参数r_w）对斜坡渗流场及稳定系数场的影响规律。结果表明：相比不考虑大孔隙，考虑大孔隙时的基质域和大孔隙域表层体积含水率分别增长7.7%和降低5.1%，入渗深度分别增长83.3%和150.0%；边坡浅层失稳面积增大3.9%。基质域和大孔隙域入渗深度均随大孔隙占比ω_f的增大而减小；随着大孔隙域与基质域饱和渗透系数之比μ增大，两者入渗深度变化趋势相反，即μ越大，基质域入渗深度越小，大孔隙域反之；两者与经验参数r_w无显著关系。至降雨结束，基质域表层土体体积含水率已达最大值；大孔隙域则随着ω_f和μ的增大而增大，但几乎不受经验参数r_w的影响。非均匀流条件下，边坡水分交换沿着剖面从上往下分为负交换区、正交换区和无交换区，水分交换平衡深度与基质域入渗深度变化趋势一致；水分交换负交换区与正交换区的深度均存在一个峰值，并随大孔隙占比ω_f的增大而减小，随着μ和r_w的增大而增大。不同参数取值下，边坡均为浅层失稳破坏，ω_f和μ越大，失稳层深度越大，表层点稳定系数越小，因此大孔隙不利于边坡稳定。

关键词

大孔隙参数 / 非均匀流 / 点稳定系数 / 水分交换 / 入渗深度

基金资助

福建省自然科学基金面上项目（2023J011133）