水位變化和降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、邊坡穩(wěn)定問(wèn)題是巖土工程領(lǐng)域經(jīng)典的三大問(wèn)題之一。邊坡一般包括天然邊坡和人工邊坡。在高速公路路基、水壩和庫(kù)岸堤壩等工程設(shè)計(jì)中，需要研究分析邊坡的穩(wěn)定性。通常用邊坡的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。在考慮水位變化及降雨等復(fù)雜因素影響時(shí)，準(zhǔn)確確定邊坡的安全系數(shù)一般比較困難。本文主要采用邵龍?zhí)督淌诎l(fā)展的有限元極限平衡法，在飽和與非飽和條件下，進(jìn)行邊坡結(jié)構(gòu)的流-固耦合有限元分析的基礎(chǔ)上確定邊坡的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面和安全系數(shù)。
　　有限元極限平衡法是

2、一種基于極限平衡條件進(jìn)行穩(wěn)定性分析的確定性方法。該方法首先應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法（有限元、離散元或邊界元等）得到計(jì)算區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)，然后依據(jù)安全系數(shù)定義采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。該方法安全系數(shù)定義物理意義明確，結(jié)合了極限平衡法和有限元法的優(yōu)點(diǎn)，只要得到分析對(duì)象的應(yīng)力場(chǎng)，即可方便快速地求出其相應(yīng)的安全系數(shù)和最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。它非常適合于實(shí)際工程計(jì)算，而且在復(fù)雜條件下的穩(wěn)定性分析中優(yōu)勢(shì)更加明顯。
　　論文整體分為三部分:
　　一、考慮

3、滲流作用的邊坡穩(wěn)定性研究背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述，包括庫(kù)水位變化，降雨引起的邊坡失穩(wěn)的數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)研究。概述本論文的研究思路和研究?jī)?nèi)容。
　　二、邊坡穩(wěn)定分析方法綜述。從傳統(tǒng)方法和有限元法兩方面進(jìn)行闡述，重點(diǎn)介紹有限元極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法。以一個(gè)簡(jiǎn)單均質(zhì)邊坡的標(biāo)準(zhǔn)算例，對(duì)傳統(tǒng)方法和有限元法得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，采用引入場(chǎng)變量的方法進(jìn)行強(qiáng)度折減計(jì)算并驗(yàn)證其結(jié)果合理性。
　　三、非飽和滲流條件下的邊坡穩(wěn)定分析，內(nèi)容包括:<

4、br>　　1)非飽和土固結(jié)理論與數(shù)值分析方法，介紹非飽和土的有效應(yīng)力、飽和土和非飽和土滲流應(yīng)力耦合分析以及非飽和非穩(wěn)定滲流中邊界條件和初始條件的處理等。
　　2)基于1999年Griffith算例進(jìn)行穩(wěn)態(tài)滲流條件下的邊坡穩(wěn)定性分析，采用有限元強(qiáng)度折減法，有限元極限平衡法及傳統(tǒng)方法計(jì)算并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　3)基于Griffith算例進(jìn)行庫(kù)水位下降過(guò)程中的邊坡穩(wěn)定分析，并借鑒以前學(xué)者的研究成果，在三種模式（庫(kù)水位理想驟降、庫(kù)

5、水位理想緩降、非飽和非穩(wěn)定條件下的庫(kù)水位下降）下進(jìn)行計(jì)算，考慮下降高度比等對(duì)安全系數(shù)的影響，計(jì)算水位驟降后超靜孔隙水壓力消散過(guò)程中安全系數(shù)的變化。計(jì)算分別采用有限元極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)比兩種方法的計(jì)算結(jié)果，并闡述兩種方法的特點(diǎn)。
　　4)邊坡在降雨條件下的穩(wěn)定性分析。a）選取實(shí)際公路邊坡土體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，采用有限元法計(jì)算得到不同降雨強(qiáng)度下路基邊坡的孔壓場(chǎng)、滲流速度和等效塑性應(yīng)變的時(shí)空變化，反映邊坡在降雨條件下的漸進(jìn)破壞