非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用
非饱和土力学
非饱和土力学1. 简介非饱和土力学是土力学中的一个重要分支，研究非饱和土的力学性质和行为规律。
非饱和土是指含有一定空隙度和部分或全部未饱和的水分的土壤。
相比于饱和土，非饱和土具有一些特殊的力学性质和变形特性，因此对其力学行为的研究具有重要的实际意义。
2. 非饱和土特性非饱和土的特性主要包括以下几个方面：2.1 吸力吸力是非饱和土中水分存在的特殊状态所引起的一种力。
在非饱和土中，由于存在着未饱和水分，土颗粒表面会形成一种吸附力，即吸力。
吸力的大小与土壤的孔隙结构密切相关。
2.2 干湿收缩性非饱和土在干燥过程中会发生干缩现象，而在被湿润后会发生湿润膨胀。
这是因为非饱和土中的水分含量影响着土颗粒之间的接触状态和土壤体的结构。
2.3 孔隙气压非饱和土中的气体存在一定的孔隙气压，该气压与土壤孔隙水的张力有关。
在非饱和土力学中，孔隙气压的变化对土体的力学行为有重要影响。
3. 非饱和土力学实验为了研究非饱和土的力学性质和行为规律，人们进行了大量的实验研究。
常用的非饱和土力学实验包括以下几种：3.1 吸力试验吸力试验是用来测试非饱和土吸力大小的实验。
在吸力试验中，通常采用吸力仪器对土样进行测量，得到吸力与土壤含水量之间的关系。
3.2 干湿循环试验干湿循环试验是用来模拟非饱和土在干燥和湿润过程中的变形行为的实验。
通过反复进行干燥和湿润过程，可以观察并记录土样的收缩和膨胀行为。
3.3 压缩试验压缩试验是用来研究非饱和土的压缩变形特性的实验。
实验中通常使用压缩装置对土样施加压力，并记录土样的变形和力学参数的变化。
4. 非饱和土的工程应用非饱和土力学的研究对于土木工程的设计和施工具有重要的指导意义。
非饱和土的一些特性和行为规律在以下方面有着广泛的应用：4.1 坡面稳定性分析非饱和土在坡面稳定性分析中发挥着重要作用。
由于非饱和土具有较好的抗侵蚀和抗冲刷能力，因此在坡面设计中通常采用非饱和土力学原理。
4.2 基础工程在基础工程中，非饱和土的力学行为对基底承载力和变形进行了特别的研究。
非饱和土力学在工程中的应用
力 变化 引起 的 孔 隙水 压 力 随 深 度 及 时 间 的变 化 。 实验 表 明 ： 加 总 应 力于 饱 和 土 ， 产 生较 大 的 瞬 施 会
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非饱和土力学 卢宁
非饱和土力学是研究土壤力学特性的重要领域，而卢宁是该领域的一位知名学者。
在非饱和土力学领域，卢宁教授做出了许多重要的贡献。
他的研究涉及非饱和土壤的渗流、固结、强度和变形等方面，为工程实践提供了重要的理论支持。
卢宁教授曾在大量的非饱和土力学研究项目中担任重要角色，包括土壤湿度对公路路基稳定性的影响、非饱和土壤排水性能的数值模拟等。
他的研究成果在岩土工程、农业工程和环境工程等领域都具有重要的应用意义。
除了在科研方面取得突出成就，卢宁教授还致力于非饱和土力学领域的教学和学术交流。
他多次在国际学术会议上发表演讲，与国内外的研究人员展开合作，促进了非饱和土力学领域的发展。
总的来说，卢宁教授在非饱和土力学领域取得了令人瞩目的成就，为该领域的发展做出了重要贡献。
他的研究成果不仅在理论上具有重要意义，也为工程实践提供了有力支持，对相关领域的发展产生了深远影响。
非饱和土力学行为的三维离散元分析
非饱和土力学行为的三维离散元分析非饱和土力学行为的三维离散元分析摘要：非饱和土力学行为是岩土工程领域的一个重要课题，对于土壤的稳定性和工程设计起着关键作用。
离散元方法是一种能够描述复杂力学行为的数值模拟方法，广泛应用于岩土工程中。
本文主要研究了非饱和土力学行为的三维离散元分析，探讨了该方法在理论和实践中的应用。
1. 引言在岩土工程中，非饱和土指的是土壤中同时存在水分和空气的状态。
由于非饱和土的特殊性质，其力学行为与饱和土不同。
非饱和土作为一种复杂的多相材料，其力学性质受到水分状况的影响非常大。
因此，研究非饱和土的力学行为对于岩土工程的设计与分析具有重要的理论和实际意义。
2. 离散元方法离散元方法是一种能够描述材料微观结构和宏观力学行为的数值模拟方法。
其核心思想是将连续介质离散为许多小颗粒，在每个颗粒上施加力，通过求解运动和位移方程来模拟材料的变形和破坏过程。
离散元方法具有考虑材料微观结构的优势，能够较好地模拟岩土材料的非线性和非饱和的力学行为。
3. 非饱和土力学行为的三维离散元模型在三维离散元模型中，非饱和土被表示为由颗粒和孔隙水组成的系统。
颗粒以离散的形式存在于模型中，并通过弹簧和阻尼器模拟颗粒之间的相互作用力。
孔隙水则通过流体动力学的方法进行模拟。
在模拟过程中，土体的应力变化和孔隙水的流动过程被同时考虑。
4. 非饱和土力学行为的三维离散元分析三维离散元分析可以用于研究非饱和土在不同工况下的力学行为。
通过变化模型中的水分含量、应力状态和加载方式等参数，可以模拟土体的各种力学行为，如压缩、剪切和液化等。
通过对比实验室试验结果和数值模拟结果，可以验证离散元模型的可靠性和准确性。
5. 应用案例将该方法应用于某坝体的稳定性分析。
通过构建离散元模型，模拟了坝体在受到水位上升和不同荷载作用下的应力变化和变形过程。
结果表明，在考虑非饱和土力学行为的情况下，模型能够较为准确地预测坝体的稳定性，并给出合理的防护措施。
非饱和土力学
非饱和土力学
非饱和土力学是研究非饱和土的力学性质和行为的学科。
非饱和土是指土壤中含有水分但不是完全饱和状态的土壤。
在非饱和状态下，土壤的力学性质和行为与饱和状态下有很大的不同。
非饱和土力学主要研究以下几个方面：1.非饱和土的吸力特性：非饱和土中的水分存在于土颗粒之间的微小孔隙中，这些孔隙中的水分会受到吸力的作用。
吸力是非饱和土力学中的一个重要参数，它对土壤的力学性质和行为有很大的影响。
2.非饱和土的渗透特性：非饱和土的渗透特性与饱和状态下有很大的不同。
在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此渗透速度会比饱和状态下慢很多。
3.非饱和土的力学性质：非饱和土的力学性质与饱和状态下也有很大的不同。
在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此土壤的强度和变形特性会受到吸力的影响。
4.非饱和土的稳定性：非饱和土的稳定性也是非饱和土力学研究的一个重要方面。
在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此土壤的稳定性会受到吸力的影响。
总之，非饱和土力学是一个非常重要的学科，它对于土壤工程和地下水工程的设计和施工都有着重要的意义。
非饱和土力学 实验报告
（1）控制竖向净正压力p为常数的收缩试验。试验时先给试样施加一定的竖向压力p，待变形和排水速率满足指定要求时，再逐级施加气压力，即逐级增大基质吸力。由此可得竖向净正压力p不为零的广义土—水特征曲线，将其用于非饱和土问题的分析计算能反映上覆压力的影响，更符合实际情况。
（2）控制气压力的不排水压缩试验。试验中要量测水压力和竖向变形，含水率保持不变，饱和度则发生变化
（2）排水v为纵坐标，时间t为横坐标，作排水与时间的v—t曲线。
图4
由图4可看出随着竖向荷载的不断加大试样的排水量呈曲线形增加，并且在开始加压时排水的速度较快，之后速度越来越慢，最后逐渐趋于稳定。
（3）孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，作孔隙比与压力的孔隙比与压力的e - p曲线。
图5
由图5可知随着竖向荷载的不断加大，土的孔隙比逐渐减小，且在竖向荷载小于600kpa时减小的速度较快，600kpa之后曲线趋于平缓。
最后感谢冯老师和同学的指导和帮助。
总结
（1）首先配制含水量W=12%的土，放到保鲜袋里静置一天再使用。（2）制备土样，注意分两层击实，试样静置一天以备明天使用。（3）将土样压入固结容器内，并且保证固结容器的陶土板清洁、湿润，顺次放上洁净而湿润的滤纸，在试样上再置洁净而湿润的滤纸和透水石各一，最后放下导环和加压上盖，加装竖向压缩位移传感器，保证试样与仪器上下各部件之间接触良好。（4）实验分级加载前，应先满足气水平衡条件。实验结束后，应先关闭气压阀门，扭转三相排水阀门至闭合状态，吸去固结容器内的水。（5）实验加载最大加到1200kpa就可以。
（3）试样的压缩量用位移传感器量测，数据自动采集
(二)其它试验仪器
天平、换刀、量杯、击样器、修土刀、钢丝锯、滤纸、凡士等。
非饱和土力学
非饱和土力学引言非饱和土力学是土力学的一个分支，研究非饱和土壤的力学性质和行为。
饱和土壤是指土壤中的孔隙完全充满水分，而非饱和土壤是指土壤中的孔隙中同时存在气体和水分。
非饱和土力学的研究对于土壤工程、农业、环境科学等领域具有重要的意义。
本文将介绍非饱和土力学的几个重要概念和应用。
概念非饱和土壤的吸力非饱和土壤中存在着气体和水分。
由于毛细现象的存在，非饱和土壤中的水分会受到一定的吸力作用。
吸力是指土壤颗粒表面附近的环境中存在的气体与土壤孔隙中的水分之间的一种力。
吸力是非饱和土力学研究的基础，它与土壤的水分含量、孔隙结构等因素密切相关。
孔隙水压力非饱和土壤中的水分受到吸力作用，会产生一定的压力，称为孔隙水压力。
孔隙水压力是非饱和土力学中的一个重要概念，它描述了土壤中水分的分布和移动情况。
孔隙水压力的变化会影响非饱和土壤的力学性质和行为。
非饱和土壤的力学性质非饱和土力学研究的一个重要目标是揭示非饱和土壤的力学性质。
非饱和土壤的力学性质与饱和土壤有一些明显的差异。
例如，非饱和土壤的抗剪强度和变形特性会受到吸力和孔隙水压力的影响。
非饱和土壤的力学性质的研究对于土壤工程的设计和施工具有重要的指导意义。
应用土壤含水量测定非饱和土力学的研究需要准确测定土壤中的水分含量。
常用的方法有重量法、电容法、压力传感器法等。
这些方法可以测定不同吸力下土壤中的水分含量，从而揭示土壤的吸力特性和水分传输规律。
非饱和土壤的稳定性分析非饱和土壤的力学性质和行为与饱和土壤存在一定的差异。
因此，非饱和土壤的稳定性分析需要考虑吸力和孔隙水压力等因素对土壤的影响。
非饱和土壤的稳定性分析可以用于土壤边坡、挡土墙、基础等工程的设计和施工。
土壤水分调控非饱和土力学的研究成果可以应用于农业、环境科学等领域。
例如，在农业生产中，了解土壤中的水分分布和移动规律，可以合理调控土壤水分，提高植物的生长和产量。
此外，在环境科学研究中，非饱和土力学的研究成果可以用于土壤污染防治和土壤水源涵养等方面。
非饱和土力学报告-水力特性与工程应用
非饱和土力学学习报告题目：水力特性与工程应用姓名：学号：学院：专业：年级：指导教师：年月非饱和土力学报告目录1 流体的渗透性 (1)2 水的流动 (2)2.1 水相的驱动势能 (3)2.2 非饱和土的Darcy定律 (5)3 水相的渗透性 (6)3.1 流体及孔隙介质分量 (6)3.2 渗透性与体积-质量性质的关系 (6)3.3 饱和度变化对渗透性的影响 (7)3.4 渗透系数与饱和度的相互关系 (7)3.5 透水性系数与基质吸力的关系 (9)3.6 透水性系数与体积含水量的关系 (10)3.7 渗透函数的滞后 (11)4 实际渗流问题 (12)4.1 稳态水流 (12)4.2 非饱和土渗透系数的空间变化 (12)4.3 一维流举例 (14)4.3.1 地表面被覆盖 (14)4.3.2 稳态蒸发 (14)4.3.3 稳态入渗 (15)4.4 一维流推导 (16)4.5 一维流的解 (16)参考文献 (20)水力特性与工程应用1 流体的渗透性非饱和土中水的运动要比饱和土中水的渗流运动更为复杂。
这是因为它的运动不仅与多孔介质的集合特征有关，而且还与含水量、饱和度、颗粒大小与矿物成分、温度、溶质浓度等各种影响土水势的因素有关。
非饱和土为三相系，气相对液相的运动将会起到阻滞或推动作用，使非饱和土中水的运动变得复杂。
为了研究简便起见，设水分运动过程中空气不起阻滞或推动作用，同时也不考虑温度变化的影响。
非饱和土的孔隙中存在气体和水流体。
根据饱和度的不同，土中气体和水呈不同的形态。
下图1.1表示了非饱和土和土中孔隙水与空气的三种不同形态。
土的饱和度比较高时，例如，击实粘土含水量大于最优含水量op w 时，其饱和度约为85%~90%，这是土的孔隙主要被水所占据。
气体呈气泡状，被水所包围，可随水一起流动，如图1.1中(c)所示，称为气封闭状态。
这种混合的流体是可压缩的，在较高压力势下，气泡可被压缩和溶解，使孔隙水饱和度进一步提高。
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本文在扼要介绍了当前非饱和土力学在土材料基本特性方面的主要成果后,对进一步研究的有关问题做一些力所能及的探讨.本文的内容包括基本特 性和若干思考两个部分.
5.期刊论文 刘海宁.刘汉东.王思敬.LIU Hai-ning.LIU Han-dong.WANG Si-jing 黄河下游堤防非饱和土边坡稳定
人民长江 YANGTZE RIVER 1999，30(7) 12次
参考文献(1条) 1.Fredlund DC.Rahardjo H 非饱和土力学 1997
相似文献(10条)
1.期刊论文 姚攀峰.张明.张振刚.祁生文.YAO Panfeng.ZHANG Ming.ZHZNG Zhengang.QI Shengwen 非饱和土土力
参考文献
１ ｈ删Ｄｃ，ｆｔａＩｌａ嫡ｏＨ．非饱和土力学．北京：中国建筑工业出版社，
１９９７． 作者简介 龚壁卫 男 长江科学院土工所工程师 湖北省武汉市４３∞１０ 刘艳华女长江科学院土工所硕士湖北省武汉市４３００１０
●…，…】…，忡，一＿ 詹良通男 河海大学硕士江苏省南京市２１００％ （收ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ日期：１９９８—０９—０ｒ７编辑：车友宜）
性分析 -岩石力学与工程学报2005,24(20)
利用应力应变控制式非饱和土三轴仪进行了室内非饱和土的渗透试验和强度试验,并得出了非饱和土的渗透参数和强度参数.针对黄河下游堤防这一 典型的非饱和土边坡,采用有限单元法系统地分析了堤防非饱和土边坡在降雨和洪水作用下的非饱和渗流场特征;在此基础上应用非饱和土坡的刚体极限 平衡理论中的普通条分法对堤防边坡稳定性受非饱和渗流场变化影响的大小进行了分析与计算.结果表明,对黄河下游堤防的非饱和土边坡在降雨和洪水 条件下的分析研究具有实际意义.
６几点认识
（１）根据施工过程中不断揭示的地质条件进行动态开挖设 计（包括两次开挖），有利于节省开挖工程量，在复杂的开挖形态 下，有利于进一步完善和确保开挖形态。
（２）对坝基防渗有影响的顺河向发育的溶蚀断裂构造及岩 溶系统是基础处理的重点，必须采取可靠的处理措施。
（３）石灰岩地区建坝，对区域及坝址区岩溶发育特点及其 规律必须予以充分了解，以便于更好地指导和完善工程设计。
图３吸力沿深度分布
３结语
膨胀土、黄土、残积土等是非饱和土理论最为适用的土体。 膨胀土的胀缩变形、边坡稳定分析，黄土的湿陷、沉降分析等，用 非饱和土理论能够得到比经典力学更为准确的成果。目前，非 饱和土理论尚处于逐渐完善阶段，本文所进行的探讨也仅仅是 初步的。相信在不久的将来，非饱和土理论也会象饱和土理论 一样，为解决工程实际中的非饱和土问题提供可靠的依据。
学工程应用方法 -工程地质学报2005,13(3)
通过引入文[1]提出的广义朗肯土压力计算公式,本文针对非饱和土主动(被动)土压力计算问题提出了工程应用方法,能够把非饱和土土压力理论应用 于实际工程.该方法可以推广到非饱和土地基承载力、边坡稳定等其他领域,从而为非饱和土土力学理论应用于工程实践提供了一个新的思路.
湖北省武汉市４３００１０ （收稿日期：１９粥一０７—１８编辑：赵风超）
·２２·万方数据
非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
龚壁卫， 刘艳华， 詹良通， Gong Biwei， Liu Yanhua， Zhan Liangtong 龚壁卫,刘艳华,Gong Biwei,Liu Yanhua(长江科学院土工所)， 詹良通,Zhan Liangtong(河 海大学)
万方数据
万方数据
Ⅷ．３０№．７
人民长江Ⅵ试Ｇ啦Ｒ眦
Ｊｄｌｙ １９９９
同时，填方边坡中的吸力比挖方边坡中的吸力大１—２倍。 （２）膨胀土边坡沿深度方向存在一个环境影响的“临界深
度”，在此深度以下，土中吸力稳定，土的工程性质一般不受环境 影响；在此深度以上，膨胀土的变形、强度等受到降雨、裂隙分 布、气温等影响较大。填方段的“临界深度”比挖方段的大得多， 这也许正是天然膨胀土边坡多发生浅层滑动的原因。
硅酸盐或硅酸盐大坝水泥纯水泥浆材。
５工程监测与验证
隔河岩工程自１９９３年６月第１台机组发电至今，已运行５ 年。并经历了高洪水位的考验。
观测成果表明，河床坝基沉陷最大，累计沉降量２８砌，相 对垂直位移均在１咖以内，无明显的不均匀沉陷。坝基水平位 移小于２砌，相对位移近似为０。左岸重力墩、基础３０１号夹层
（４）坝基勘探平洞有利于充分了解基础地质条件，但也带 来后期处理量大和质量难于保证的弊端，建议在一般情况下布 设勘探平洞宜尽可能地与基础深部处理洞、观测洞、排水洞等结 合做到一洞多用。 作者简介 徐年丰男 长江水利委员会设计院枢纽处 高级工程师 湖北省武
汉市４３００ｌＯ 林文亮 男 长江水利委员会设计院枢纽处副总工程师 高级工程师
(4) 根据饱和—非饱和沉降数学模型，对Kai-Yuan Ke 试验模型进行模拟分析，并与实测数据进行了对比分析，验证了本文提出的饱和—非饱和沉 降数学模型的合理性和可行性。模型试验结果表明在某些情况下非饱和区域的沉降变形量是不可忽略的，如果按照传统的计算方法仅仅考虑饱和区的变 形量，则计算结果与实际情况相差较大。基于非饱和土层基质吸力分布为静水平衡的假设，针对不同的地下水位降低，本文根据饱和—非饱和沉降数学 模型分别估算了非饱和区域和饱和区域的沉降量。通过非饱和区沉降量和地表总沉降量的对比，验证了考虑非饱和区沉降变形量的重要性。对于非饱和 区，本文分别估算了由于净平均应力的降低引起的地面回弹量和基质吸力的增大引起的地面沉降量。计算结果表明，在这两种变形中收缩变形量在非饱 和区变形中占有主导地位，净平均应力的减小而引起的地面回弹量可以忽略不计。
(2)本文采用GDS非饱和土三轴仪，在分别控制试样基质吸力和净平均应力条件下对非饱和重塑黏土的体积变化和含水率变化特性进行了详细试验研 究。在非饱和三轴试验研究中，本文开展了2组不同应力路径试验：①各向同性压缩试验：在控制基质吸力u<,s>=u<,a>-u<,w>的条件下施加不同的净平 均应力p=σ<,m>-u<,a>；②三轴收缩试验：在控制净平均应力条件下施加不同的基质吸力。在控制非饱和黏土吸力条件下的压缩试验中，根据所测得各 个试样的总体积变化变化考察了试样的压缩指数和屈服应力与基质吸力的相关性，当试样的净平均应力加载到设定的最高值后，在保持基质吸力不变条 件下，将净平均应力直接卸载到 0，来考察不同基质吸力下试样的回弹指数；在给定的基质吸力条件下，随着净平均应力的增加，水不断从试样中排出 ，通过水比容概念考察了水体积变化特性。在控制试样净平均应力条件下的干湿循环试验中，分别考察了土水特征曲线和收缩特性与净平均应力的相关 性；当试样加载到设定的最大基质吸力值并达到吸力平衡后，将试样重新饱和后(即基质吸力卸载到 0 kPa)，来考察试样干湿循环特性。
无明显位移，处于稳定状态。坝基渗压系数一般小于设计值，基 础防渗效果良好。总体显示坝基应力小于设计值基础处于稳定 状态，满足设计的要求。
基本准确。但探头稳定性不够好，灵敏度较低。滤纸法则操作极 其复杂，精度要求高，不便于现场使用。
吸力（ｋＰａ）
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(3)在地面沉降研究中，人们常采用饱和土有效应力原理来计算沉降量。实际上，地下水位的降低也会引起非饱和区域土体饱和度的减小，导致净平 均应力降低和基质吸力增大。随着非饱和土力学的发展，人们逐渐认识到基质吸力的增大也可造成土体的压缩变形。结合饱和一非饱和渗流与非饱和土 体变本构模型，本文提出了一种可以全面考虑非饱和区域与饱和区域沉降的数学模型。由于地下水位下降引起的饱和土区域和非饱和土区域的沉降变形 有着本质的区别，因此需分别估算饱和土区域(即u<,a>-u<,w>≥0)和非饱和土区域(即u<,a>-u<,w><0)的沉降变形量。对于饱和区，利用饱和土的有效应 力原理来计算土体有效应力增大而引起的压缩变形量；对于非饱和区，采用非饱和土的体变本构模型可分别计算土体由于基质吸力增大而引起的收缩变 形量和净平均应力减小而引起的回弹量。
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基质吸力（１舻ｈ）
图ｌ膨胀土土——冰特征曲线
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ｕ．一ｕ．（ｋＰａ） 图２ 破坏包面与净法向应力为零的ｒ与Ｉ ｕ．一ｕ．）平面的交线
（３）比较了张力计、热传导探头和滤纸法３种测量方法以 后，发现张力计读数直观，性能基本稳定，操作比较简单，能用于 吸力较低的现场测量，但张力计长期观测中的失效问题有待解 决。与张力计相比，热传导探头使用寿命长，能重复使用，读数
2.会议论文 王成华.李广信.王真 确定非饱和土渗透系数的间接方法简评 2003
非饱和土渗透系数的测定可分为直接量测和间接量测两种.本文简要介绍了确定非饱和土渗透系数的两类间接方法,即水土特征曲线法和经验公式法 ,对这些进行了进一步分类和对比分析,并评价了几种经验公式法的优缺点和适用性.
3.学位论文 汪东林 非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用 2007
(5)在基坑开挖过程中，为防止基坑渗透破坏，往往采用井点降水等措施来降低地下水位，但地下水位的降低会引起周围建筑物和地下管线附加沉降 而产生不良影响。基于井点降水形成的二维饱和—非饱和稳态渗流模拟分析，本文对某一基坑分别估算了饱和土区域和非饱和土区域沉降变形量。计算 结果表明，在基坑降水时非饱和区的变形量往往是不可忽略的。并对降水深度、初始水位高度、土体压缩指数、收缩指数、渗透系数各向异性、土层初 始吸力大小、净平均应力和基质吸力耦合关系各种影响因素进行了详细分析。基于饱和—非饱和非稳态渗流，本文对基坑降水后引起周围土层沉降随时 间不断发展的过程进行了动态模拟，详细分析和探讨了沉降变形与时间和空间的相关性。