三相耦合渗流侵蚀管涌机制研究及有限元模拟.pdf

第 34 卷第 4 期 岩 土 力 学 Vol.34 No.4 2013 年 4 月 Rock and Soil Mechanics Apr. 2013 文章编号：1000－7598 (2013) 04 －0913 －09 三相耦合渗流侵蚀管涌机制研究及有限元模拟 1, 2 1, 2 胡亚元 ，马 攀 （1.浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心，杭州 310058 ；2.浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点试验室，杭州 310058 ） 摘 要：管涌的发生、发展过程是土骨架相在渗流作用下侵蚀为可动细颗粒相，并随水相在孔隙通道中运移流失的过程。在 该过程中，渗流与侵蚀相互耦合，相互促进，水相、土相、可动细颗粒相互作用，因此，管涌过程是一个多场、多相耦合的 高度非线性的动态过程。现有的管涌试验结果表明，只有当水力梯度大于起始水力梯度时，细颗粒相才会随水相从土体中运 移流失，土体才会发生管涌侵蚀，且管涌稳定后土体的孔隙率 （稳定孔隙率）和水力梯度之间存在对应关系，根据该结果， 提出管涌稳定孔隙率的概念，修正传统的渗流侵蚀本构方程，建立多孔介质中三相耦合的修正的渗流侵蚀管涌控制方程。最 后，针对特定应力状态下的土体建立稳定孔隙率和水力梯度之间的对应关系。基于 Galerkin 有限元法编制有限元程序，在轴 对称情况下对该土体的管涌过程进行数值模拟。结果表明，修正后的管涌控制方程能更全面地描述管涌发生、发展直至稳定 状态的特性。 关 键 词：管涌；三相耦合；渗流；侵蚀；有限元 中图分类号：TV 139 文献标识码：A Mechanism study and finite element simulation of three-phase coupling seepage erosion piping HU Ya-yuan1, 2, MA Pan1, 2 (1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenviromental Engineering of Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)