由于全球气候变暖,多雨和干旱季节频繁,持续时间长,随着河道、水库水位的骤升或骤降,形成一个较大的水头差,水在土体中的渗流出现不稳定性,引起渗透破坏,土石坝容易崩塌。每年,广东地区的台风和降雨很多,坝体渗流的不稳定性在洪汛季节会造成不同程度的工程灾难和事故。每年此类工程问题,使管理机构疲于应付,并成为社会安全的主要问题。因此,建立相应的水位突变下土石坝的安全评估方法,是十分必要的。本文拟采用室内非饱和土土水特征曲线测定实验、非饱和土直剪实验和非饱和土渗透试验对非饱和土的土体特征参数进行测定。结合试验结果对梅溪河堤围这一实例进行有限元数值分析,考虑在水位突变的条件下,分析了非饱和土渗流场的变化情况,研究了基质吸力对非饱和土强度和稳定性的影响。主要工作有以下几个方面:1)以非饱和土的土水特征曲线实验为出发点,利用双室非饱和土三轴仪测定非饱和土的土水特征曲线。利用非线性拟合可拟合出花岗岩坡积土的土水特征曲线,并得到两个拟合参数g a和g n,为非饱和土的数值模拟提供条件;同时采用电镜扫描对重塑后的花岗岩坡积土的微观结果进行研究,分析出此类土体的持水能力较强。2)以非饱和土的直剪试验为出发点,利用非饱和土直剪仪,采用固结排水剪切的方法对非饱和土体的抗剪强度进行测定。整理数据得出非饱和土的强度参数c和φb。实验结果表明:φb值与有效摩擦角φ′值相近或者比φ′小;基质吸力对非饱和土强度是有贡献的。c和φb对土石坝稳定性分析有着很重要的作用。3)以非饱和土渗透试验为出发点,测定非饱和土在各级基质吸力作用下的渗透系数。试验结果表明:Darcy定律在非饱和土中同样适用;随着基质吸力的增大,水体在土体中流动的绕曲度也越大,单位时间内透水量减小,渗透系数也变小。由于孔隙中有气体的存在,非饱和土的渗透系数比饱和渗透系数要小很多。4)采用有限元软件PlaxisV8的子模块PlaxFlow进行非饱和土渗流有限元数值分析。采用PlaxFlow模拟了在水位突变的条件下,梅溪河堤围的非饱和土区域中渗流场的变化情况,得出了由非稳态渗流到稳态渗流过程中浸润线的变化过程以及达到稳定所需要的时间。5)利用PlaxisV8对梅溪河堤围的安全性进行分析。通过对比分析考虑基质吸力前后的堤围在塑性点形成,坝趾变形和安全系数上的差别,分析出考虑了基质吸力作用后的堤围,在水位较高,浸水时间较长的条件下才出现滑动面,而堤址处的位移有所减小,整个堤围的安全系数得到提高;在不同位置变化水位线,可计算出不同位置处堤围的安全系数,进而绘制出水位-安全系数的变化曲线图,对分析梅溪河堤围的稳定性是有帮助的。6)在堤身处加入水泥土防渗墙。通过有限元分析结果表明:防渗墙能有效地减少堤围的透水量和降低水力坡降,有效地防止堤围渗透破坏,而且也能提高堤围的安全系数。