降雨入渗下非饱和土质边坡稳定性的最小势能法研究

中国农村水利水电 ›› 2018 ›› (1) : 154-160.

水工建筑

黄强^1，2，程勇刚^1，2 ，周伟^1，2 ，常晓林^1，2

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Minimum Potential Energy Method for Stability Analysis of Unsaturated Soil Slope under Ｒainfall Infiltration

HUANG Qiang^1，2，CHENG Yong-gang^1，2 ，ZHOU Wei^1，2，CHANG Xiao-lin^1，2

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摘要

研究一种可以考虑基质吸力时空分布和渗流作用的非饱和土质边坡稳定性分析方法具有重要意义。将边坡视为一个整体，引入不同时刻滑面上的水压力来考虑非稳定非饱和渗流对系统势能的作用，建立势能函数，并基于最小势能原理求出滑体位移，获得滑面上的法向应力分布。同时基于Fredlund非饱和土抗剪强度理论，确定基质吸力对滑面抗剪强度参数的影响，从而建立非稳定非饱和渗流条件下的最小势能法边坡稳定安全系数表达式。与传统极限平衡法的不同在于，最小势能法不需要划分条块，不对条间力作假定，满足平衡微分方程和力的边界条件。以降雨入渗下的边坡稳定分析为例，结果表明该方法计算结果与其他常用方法基本一致，验证了该方法的有效性，而且最小势能法无需迭代，计算过程简单，具有较好的实用价值。

Abstract

It is significant to propose a method of unsaturated soil slope stability analysis accounting for the distribution of matric suction and the effect of seepage． Considering the slope as a whole，its potential function including the contribution of transient unsaturated seepage without any assumption on the shape of sliding surface is established． Based on the minimum potential energy principle and Fredlund＇s shear strength theory of unsaturated soils，a formula of factor of safety ( FS) of minimum potential energy method is derived． In contrast with classical limit equilibrium method，the advantage of minimum potential energy method is that it can satisfy the equilibrium differential equation and the force boundary conditions without being divided into slices． In a case of stability analysis of slope under rainfall infiltration， the good comparison with Spencer Method and Morgenstern-Price Method shows the effectiveness of minimum potential energy method and its good practical value due to the simple calculation without iteration

关键词

最小势能法 / 降雨入渗 / 非稳定非饱和渗流 / 边坡稳定

Key words

minimum potential energy method / rainfall infiltration / transient unsaturated seepage / slope stability

基金

国家自然科学基金资助;国家自然科学基金资助

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黄强程勇刚周伟常晓林. 降雨入渗下非饱和土质边坡稳定性的最小势能法研究[J].中国农村水利水电, 2018(1): 154-160

HUANG Qiang, CHENG Yong-gang, ZHOU Wei, CHANG Xiao-lin. Minimum Potential Energy Method for Stability Analysis of Unsaturated Soil Slope under Ｒainfall Infiltration[J].China Rural Water and Hydropower, 2018(1): 154-160

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基金
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收稿日期	修订日期	出版日期
2017-09-06	2017-09-09	2018-01-15
发布日期
2020-04-25

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