本文關(guān)鍵詞：水位變化和降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性分析

  更多相關(guān)文章： 邊坡穩(wěn)定 有限元極限平衡法 有限元強(qiáng)度折減法 降雨 水位下降

【摘要】：邊坡穩(wěn)定問題是巖土工程領(lǐng)域經(jīng)典的三大問題之一。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,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,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)勢更加明顯。論文整體分為三部分：一、考慮滲流作用的邊坡穩(wěn)定性研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述,包括庫水位變化,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內(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：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)行庫水位下降過程中的邊坡穩(wěn)定分析,并借鑒以前學(xué)者的研究成果,在三種模式(庫水位理想驟降、庫水位理想緩降、非飽和非穩(wěn)定條件下的庫水位下降)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、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)破壞過程；b)采用有限元極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算降雨歷時(shí)邊坡安全系數(shù)變化,并對(duì)兩種方法得到的安全系數(shù)和滑弧形狀進(jìn)行對(duì)比,降雨條件分別為100mm/d.200mm/d和300mm/d;c)采用有限元極限平衡法,選取降雨強(qiáng)度接近邊坡飽和滲透系數(shù)的水力參數(shù)進(jìn)行降雨條件下邊坡穩(wěn)定分析,考慮坡角、水力參數(shù)等對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。
【關(guān)鍵詞】：邊坡穩(wěn)定 有限元極限平衡法 有限元強(qiáng)度折減法 降雨 水位下降
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU43
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 引言10-12
• 1.2 非飽和土邊坡穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 降雨條件下的邊坡穩(wěn)定分析研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 庫水位變化滲流穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 小結(jié)16-17
• 1.3 主要研究內(nèi)容及研究方法17-19
• 2 邊坡穩(wěn)定性分析方法綜述19-35
• 2.1 傳統(tǒng)方法19-20
• 2.1.1 極限平衡條分法19-20
• 2.1.2 滑移線法20
• 2.1.3 極限分析法20
• 2.2 有限元法20-28
• 2.2.1 有限元強(qiáng)度折減法21-22
• 2.2.2 有限元極限平衡法22-28
• 2.3 均質(zhì)邊坡對(duì)比算例28-31
• 2.4 引入場變量進(jìn)行有限元強(qiáng)度折減計(jì)算的合理性分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 非飽和滲流條件下的邊坡穩(wěn)定性分析35-42
• 3.1 非飽和土固結(jié)理論與數(shù)值方法35-40
• 3.1.1 非飽和土有效應(yīng)力35-36
• 3.1.2 飽和土和非飽和土的滲流-應(yīng)力耦合分析36-39
• 3.1.3 非飽和土的土水特征曲線39-40
• 3.2 滲流-應(yīng)力耦合方程的數(shù)值求解40
• 3.2.1 間接耦合40
• 3.2.2 直接耦合40
• 3.3 瞬態(tài)分析的時(shí)間步長與初始條件40-42
• 3.3.1 時(shí)間步長選擇40-41
• 3.3.2 非飽和非穩(wěn)定滲流分析中邊界條件和初始條件的處理41-42
• 4 有限元極限平衡法在庫水位下降時(shí)邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用42-68
• 4.1 模型及參數(shù)選取42-44
• 4.2 穩(wěn)態(tài)滲流狀態(tài)下穩(wěn)定性分析44-49
• 4.3 庫水位理想變化對(duì)壩體穩(wěn)定性影響49-63
• 4.3.1 庫水位理想緩降對(duì)壩體穩(wěn)定性影響50-57
• 4.3.2 庫水位理想驟降對(duì)壩體穩(wěn)定性影響57-63
• 4.4 驟降后超靜孔隙水壓消散過程穩(wěn)定性分析63-67
• 4.4.1 滲流計(jì)算結(jié)果63-66
• 4.4.2 有限元極限平衡法的計(jì)算結(jié)果66-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 5 有限元極限平衡法在降雨條件下邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用68-91
• 5.1 算例一69-81
• 5.1.1 模型及參數(shù)選取69-70
• 5.1.2 邊界條件及初始狀態(tài)的建立70-72
• 5.1.3 有限元計(jì)算結(jié)果72-77
• 5.1.4 結(jié)果對(duì)比77-81
• 5.2 算例二81-90
• 5.2.0 模型及參數(shù)選取81-83
• 5.2.1 滲流應(yīng)力耦合計(jì)算結(jié)果83-85
• 5.2.2 降雨對(duì)不同坡角邊坡穩(wěn)定性影響85-90
• 5.3 本章小結(jié)90-91
• 6 結(jié)論與展望91-93
• 6.1 結(jié)論91-92
• 6.2 展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況98-99
• 致謝99-100

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本文編號(hào)：827207