本發明專利技術屬于地質研究技術領域，具體公開了一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，包括以下步驟：S1、獲取不同壓實度下土體的力學特性參數，分別對不同壓實度和不同含水率下的力學特性參數進行擬合，得到擬合函數；S2、基于非飽和黃土流固耦合分析原理，將擬合函數進行變換得到不同壓實度、不同含水率下的土體濕化插值函數；S3、通過Comsol有限元軟件，將插值函數嵌入土體彈塑性本構模型，模擬土體強度參數隨土體增濕變形的弱化過程。本發明專利技術采用上述一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，解決了黃土高填方地基無法針對降雨進行系統的增濕沉降預測問題，為高填方地基工程提供安全保障。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及地質研究，尤其是涉及一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法。
技術介紹
1、我國西北地區等地高填方建設項目呈現出持續蓬勃的發展勢頭，對土地資源的需求與日俱增。高填方地基工程已成為各類工程實踐中普遍采用的一種工程方法。然而，這些地區的黃土高填方地基多屬于軟弱濕陷性黃土，其土壤結構疏松，濕陷性較強。這種特殊的地質特征使得在面臨降雨、排水管道滲漏和排水盲溝失效等水文因素的變化時，高填方地基極易出現增濕變形沉降等災害問題。此外，高填方地基增濕變形沉降規律還受地基材料特性、水分滲透、填土結構、地基加固與處理等多種因素的綜合影響。
2、造成黃土高填方地基產生增濕變形的水環境變化條件有很多，地表降雨入滲是影響黃土高填方地基增濕變形的一個重要因素，因為它直接影響著地基的濕潤程度和穩定性。首先，黃土地區的高填方地基工程具有濕陷性黃土的特殊性質，當降雨發生時，地表水分會通過入滲作用逐漸滲入土體中，導致土體含水量的增加。對于黃土高填方地基而言，這種地表降雨入滲過程會導致土體含水率增加，導致土體基質吸力和強度參數隨著土體含水率而減小，進一步導致土體發生增濕變形，最終造成邊坡失穩或上部建筑物發生不均勻沉降。
3、現有技術中，對于不同降雨強度、不同降雨工況下，由于填土體的壓實度及土體性質的差異，可通過原位監測或數值分析等方法，得到高填方場地壓實黃土內的水分入滲規律及增濕變形規律。但是，缺乏一種系統的針對降雨的增濕沉降預測方法，預防或避免上述災害現象的發生。
技術實現思路
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p>1、本專利技術的目的是提供一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，解決了黃土高填方地基無法針對降雨進行系統的增濕沉降預測問題，為高填方地基工程提供安全保障。2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，包括以下步驟：
3、s1、獲取不同壓實度下土體的力學特性參數，分別對不同壓實度和不同含水率下的力學特性參數進行擬合，得到擬合函數；
4、s2、基于非飽和黃土流固耦合分析原理，將擬合函數進行變換得到不同壓實度、不同含水率下的土體濕化插值函數；
5、s3、通過comsol有限元軟件，將插值函數嵌入土體彈塑性本構模型，模擬土體強度參數隨土體增濕變形的弱化過程。
6、優選的，s1具體為：
7、通過不同壓實度λ下、不同含水率下的土體的室內增濕試驗結果，得到力學特性參數的變化規律，室內增濕試驗包括土壤水分特征曲線試驗、抗剪強度劣化試驗和彈性模量軟化試驗，力學特性參數包括粘聚力c、內摩擦角彈性模量e和土體重度γ，壓實度λ的取值范圍為0.80～0.99；
8、在同一壓實度λ下，采用最小二乘法曲線進行擬合，得到粘聚力c、內摩擦角彈性模量e和土體重度γ分別隨含水率變化的擬合函數。
9、優選的，s2具體為：
10、非飽和土孔隙中水的體積占總孔隙體積的含量為土體的有效飽和度se，將有效飽和度se作為增濕變形過程表征的變量，則：
11、
12、式中，se為有效飽和度，ρd為土體的干密度/g/cm2，sr’為殘余飽和度/％，ds為土體的相對密度，ω為土體的含水率；
13、通過對有效飽和度se中的擬合函數進行變換，得到不同壓實度下土體濕化插值函數：
14、e＝f1(se)；
15、c＝f2(se)；
16、
17、優選的，s2中，通過降雨量劃分降雨工況為暴雨、大雨、中雨和小雨，降雨量定義為g，其表達式如下：
18、g＝q·t；
19、式中，q為降雨強度/m/d，t為降雨持續時間/d。
20、優選的，s3包括以下步驟：
21、s31、初始位移場和初始水分場分析：
22、將研究設置為穩態研究；禁用流體流動模塊中的沉淀邊界條件,首先通過流體流動模塊模擬對地基進行等效單元劃分，通過設置初始條件得到土體內部的初始狀水分場w0、初始應力場σ0及初始位移場s0；
23、s32、降雨入滲影響下的位移場分析：
24、設置降雨的總時間以及輸出時步，啟用沉淀邊界條件，因變量的設置為以s31的最后一個解設置為初始值進行分析，此時初始位移場清零，后續產生的變形是由降雨引起的地基增濕從而造成的變形，通過流體流動模塊模擬地基在不同降雨工況下土體內增濕后水分場w1、應力場σ1以及位移場s1；
25、s33、降雨穩定后位移場分析：
26、設置沉降穩定過程的總時間以及輸出時步，禁用沉淀邊界條件，因變量的設置為以s32的最后一個解設置為初始值進行分析，此時模擬降雨后的沉降穩定過程，浸潤線所達到的深度為最大降雨入滲影響深度hmax，通過流體流動模塊計算得到地基內降雨穩定后的水分場w2、應力場σ2以及位移場s2。
27、優選的，s3中，定義增濕變形比ζ為增濕變形量△s與最大降雨入滲影響深度hmax的比值，其表達式如下：
28、
29、式中，δs為降雨穩定后的位移場s2與初始位移場s0的差值。
30、優選的，s3中，comsol有限元軟件內置計算模塊，計算模塊包括：
31、基礎模塊，用于對全局參數、插值函數、幾何尺寸、邊界條件進行設定；
32、流體流動模塊，用于在軟件中選擇模擬非飽和土體滲流的richards方程和v-g持水模型，同時設置非飽和多孔介質內的流體材料參數以及多孔基體材料參數，輸入影響非飽和土體滲流的相關土體參數及沉淀邊界條件，所述流體材料參數為流體的密度，所述多孔基體材料參數為土體的孔隙率和水力傳導率；
33、固體力學模塊，用于在軟件中選擇固體力學接口，進行流固耦合分析。
34、優選的，s3中，不同壓實度λ下土體的位移場計算式為richards方程的擴展形式，表達式如下：
35、
36、式中，ρ為土體的密度/g/cm3，se為有效飽和度，s為位移場，cm為比容水容量/kg/m3，g為重力/n，▽p為壓力差/kpa，ks為飽和滲透系數/％，kr為殘余滲透系數/％，d為高程/m，為梯度算子，表示空間梯度。
37、優選的，s3中，不同壓實度下水分場通過v-g持水模型得到，計算式如下：
38、
39、式中，θω為體積含水率/％，θs為飽和體積含水率/％，θr為殘余體積含水率/％，α為土體進氣值參數，ψ為基質吸力/kpa，m、n為土壤水分特征曲線參數，hp表示土壤水勢。
40、優選的，s3中，comsol有限元軟件內置土體模型為理想彈塑性模型并輸入相關土體參數，然后將土體的彈性模量、粘聚力、內摩擦角分別替換為與含水率變化有關的插值函數e＝f1(se)，c＝f2(se)，并設置沉淀邊界條件，通過流固耦合分析得到位移場的變化；
41、土體模型設置為各向同性材料，comsol有限元軟件內置biot-will本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S1具體為：
3.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S2具體為：
4.根據權利要求3所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S2中，根據降雨量劃分降雨工況為暴雨、大雨、中雨和小雨，降雨量定義為G，其表達式如下：
5.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S3包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于,S3中，定義增濕變形比ζ為增濕變形量△S與最大降雨入滲影響深度hmax的比值，其表達式如下：
7.根據權利要求6所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S3中，Comsol有限元軟件內置計算模塊，計算模塊包括：
8.根據權利要求7所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S3中，不同壓實度λ下土體的位移場計算式為Richards方程的擴展形式，表達式如下：
9.根據權利要求8所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S3中，不同壓實度下水分場通過V-G持水模型得到，計算式如下：
10.根據權利要求9所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，S3中，Comsol有限元軟件內置土體模型為理想彈塑性模型并輸入相關土體參數，然后將土體的彈性模量、粘聚力、內摩擦角分別替換為與含水率變化有關的插值函數E＝f1(Se)，c＝f2(Se)，并設置沉淀邊界條件，通過流固耦合分析得到位移場的變化；
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【技術特征摘要】
1.一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，s1具體為：
3.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，s2具體為：
4.根據權利要求3所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，s2中，根據降雨量劃分降雨工況為暴雨、大雨、中雨和小雨，降雨量定義為g，其表達式如下：
5.根據權利要求1所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于，s3包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的一種降雨入滲誘發黃土高填方增濕沉降預測方法，其特征在于,s3中，定義增濕變形比ζ為增濕變形量△s與最大降雨入滲影響深度hmax的比值，其表達式如下：
7.根據權利要求6...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱才輝，田永輝，翟樂天，彭森，劉陽陽，劉藝，曹杰，張繼文，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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