技術(shù)特征：

1.一種膨脹土在降雨入滲條件下增濕膨脹數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)建立膨脹土工程力學計算模型；采用FLAC^3D程序建立三維幾何模型并劃分計算網(wǎng)格，劃分有計算網(wǎng)格的三維幾何模型包括模型單元以及模型節(jié)點，所述膨脹土工程力學計算模型是根據(jù)具體膨脹土工程的實際情況建立的；

2)對步驟1)所建立的膨脹土工程力學模型進行初始平衡地應力計算；

3)結(jié)束步驟2)的計算后進行非飽和滲流計算：

4)結(jié)束步驟3)的計算后進行熱傳導計算；

5)對數(shù)值模擬結(jié)果進行分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹土在降雨入滲條件下增濕膨脹數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述步驟3)的具體實現(xiàn)方式是：

3.1)對模型單元設(shè)置相應的滲流參數(shù)，并根據(jù)具體膨脹土工程的實際情況設(shè)置初始飽和度和孔隙水壓力，膨脹土工程力學模型的上邊界設(shè)置為流量邊界以模擬降雨入滲過程，并設(shè)置滲流計算時間；

3.2)在每一滲流計算時步中，提取模型節(jié)點飽和度S_r，并判斷模型節(jié)點飽和度S_r是否等于1.0；若是，則直接進行步驟3.3)；若否，則依據(jù)通過試驗得出的土-水特征曲線擬合公式計算該模型節(jié)點的基質(zhì)吸力值，并將模型節(jié)點的基質(zhì)吸力值賦值給節(jié)點的孔隙水壓力后進行步驟3.3)；

3.3)首先通過反距離加權(quán)插值法，將模型節(jié)點飽和度轉(zhuǎn)化為模型單元飽和度，然后根據(jù)滲透系數(shù)和強度參數(shù)與飽和度之間的關(guān)系計算相應飽和度下模型單元的滲透系數(shù)以及強度參數(shù)值，并將相應飽和度下模型單元的滲透系數(shù)以及強度參數(shù)值賦給模型單元；

3.4)檢查地表節(jié)點的孔隙水壓力pˊ，若孔隙水壓力大于0，將該地表節(jié)點的流量邊界修改為壓力邊界，固定該地表節(jié)點的孔隙水壓力為0；若地表節(jié)點的孔隙水壓力小于或等于零，則直接進行步驟3.5)，所述地表節(jié)點是膨脹土工程力學模型上邊界節(jié)點；

3.5)判斷是否達到非飽和滲流計算的終止條件，若是，則結(jié)束計算過程并保存結(jié)果文件；若否，重復步驟3.2)-3.4)直至達到非飽和滲流計算的終止條件；所述非飽和滲流計算的終止條件是滲流計算時間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹土在降雨入滲條件下增濕膨脹數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述步驟4)的具體實現(xiàn)方式是：

4.1)基于濕度應力場理論，根據(jù)滲流連續(xù)性微分方程和熱傳導微分方程的相似性，建立滲流參數(shù)與熱力學參數(shù)的等效對應關(guān)系；

其中，所述滲流連續(xù)性微分方程的表達形式是：

$\frac{\∂}{\∂x}\left(k_x\frac{\∂h_m}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(k_y\frac{\∂h_m}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left(k_z\frac{\∂h_m}{\∂z}\right)=C_w\frac{\∂h_m}{\∂t}$

所述熱傳導微分方程的表達形式是：

$\frac{\∂}{\∂x}\left({\mathrm{\λ}}_x\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left({\mathrm{\λ}}_y\frac{\∂T}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left({\mathrm{\λ}}_z\frac{\∂T}{\∂z}\right)={\mathrm{\ρC}}_v\frac{\∂T}{\∂t}$

式中：

k_x、k_y以及k_z分別為x、y以及z這三個方向的滲透系數(shù)；

h_m是基質(zhì)吸力水頭；

C_w是比水容重；

λ_x、λ_y以及λ_z分別為x、y以及z這三個方向的熱傳導系數(shù)；

T是溫度；

ρ是介質(zhì)密度；

C_v是介質(zhì)的比熱容；

t是時間；

比較滲流連續(xù)性微分方程以及熱傳導微分方程可知，滲流參數(shù)與熱力學參數(shù)存在等效對應關(guān)系，其中，滲透系數(shù)k_i對應熱傳導系數(shù)λ_i；基質(zhì)吸力水頭h_m對應溫度T；比水容重C_w對應比熱容ρC_v；根據(jù)以上對應關(guān)系，確定出熱傳導計算中模型單元和模型節(jié)點的熱力學參數(shù)；

4.2)提取步驟3)計算結(jié)束后保存的結(jié)果文件，給模型單元賦予上述按等效原理計算出的熱力學參數(shù)；

4.3)設(shè)定當模型單元含水率從殘余含水率θ_r增加到飽和含水率θ_s時對應的溫度為100℃，各模型節(jié)點對應的等效溫度T_p采用線性插值法計算，計算公式如下：

$T_p=100\×\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{{\mathrm{\θ}}_s-{\mathrm{\θ}}_r}$

4.4)固定降雨入滲邊界處模型節(jié)點的溫度，并進行熱傳導計算，在每一熱力計算時步中，判斷各模型節(jié)點溫度是否全部達到其等效溫度T_p，若是，則結(jié)束計算過程；若否，則重復進行步驟4.3)直至達到等效溫度T_p后結(jié)束計算。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的膨脹土在降雨入滲條件下增濕膨脹數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述步驟2)中是FLAC^3D程序采用顯式有限差分計算方法進行迭代結(jié)算，在迭代過程中通過監(jiān)控最大不平衡力比率，檢測計算是否達到收斂，一旦最大不平衡力比率小于預先設(shè)置的值，則計算過程終止。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹土在降雨入滲條件下增濕膨脹數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述步驟5)中的計算結(jié)果分析包括但不限于不同降雨歷時下圍巖含水率分布、孔隙水壓力分布、圍巖應力以及工程結(jié)構(gòu)的受力和變形。