堆填土边坡渗流-侵蚀耦合的连续介质力学模型

作     者：成群智 侯克鹏 陈耀华 

作者机构：昆明理工大学公共安全与应急管理学院 云南省蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室 昆明理工大学国土资源工程学院 湖北民本集团有限公司 

出 版 物：《水文地质工程地质》 (Hydrogeology & Engineering Geology)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51964023) 云南省科学技术厅项目(KKS0202121020) 

主　　题：降雨入渗 细颗粒迁移 渗流—侵蚀耦合 连续介质力学 不同降雨类型 

摘      要：在由粗细混合颗粒组成的堆填土边坡中，降雨入渗可能会引起细颗粒的迁移从而改变土壤水力特性影响边坡稳定性。为研究堆填土边坡内在的渗流—侵蚀耦合演化规律，基于连续介质力学理论，建立了非饱和渗流与内部侵蚀的耦合模型，该模型被植入COMSOL Multiphysics有限元程序，模拟了四种不同降雨类型（均匀型、递增型、递减型、单峰型）下非饱和堆填土边坡的渗流—侵蚀耦合响应规律，并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性和边坡稳定性的影响。数值模拟的结果表明：基于多孔介质五相混合物的假设，以连续介质力学理论推导出的孔隙率演变方程、可侵蚀细颗粒含量方程及液化细颗粒浓度方程能有效反映由于渗流作用细颗粒侵蚀迁移导致的土体渗透性及稳定性变化。依赖COMSOL Multiphysics数值模拟平台，采用系数型偏微分方程建模（PDE）实现了渗流场、应力场、孔隙率变化场、可侵蚀细颗粒含量场、液化细颗粒浓度场的多场多相耦合过程。土体孔隙率和液化细颗粒浓度随着湿润峰的推进和内部侵蚀的进行而增大，而可侵蚀细颗粒含量与之相反。内部侵蚀主要发生在湿润峰前沿位置，四种降雨类型对边坡的危害程度依次为：均匀型、递减型、单峰型、递增型。