隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn),大量工程在其修建過(guò)程中不可避免的會(huì)遇到邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)由于地下水位線的影響,絕大部分邊坡是處于非飽和狀態(tài)的。而當(dāng)前非飽和土邊坡的失穩(wěn)破壞主要是通過(guò)強(qiáng)度與水-力耦合兩個(gè)方面考慮,但都存在一些問(wèn)題。如強(qiáng)度方面只是考慮了邊坡的壓剪破壞,而忽略了其頂部拉應(yīng)力的作用,但在實(shí)際工程中,邊坡的穩(wěn)定性往往會(huì)受到土體拉-剪耦合強(qiáng)度與壓-剪耦合強(qiáng)度的共同影響;而水-力耦合方面大都是以某一時(shí)刻的滲流場(chǎng)為初始條件,通過(guò)考慮吸力的變化來(lái)影響土體的變形,但這是一種與時(shí)間相關(guān)的假耦合計(jì)算方法,會(huì)忽略流體流動(dòng)過(guò)程與土骨架變形過(guò)程中的耦合作用。因此,本文以南方某一實(shí)際邊坡為工程實(shí)例背景,通過(guò)ABAQUS軟件中的二次開發(fā)接口,分別考慮了降雨入滲過(guò)程中的水力和力學(xué)耦合效應(yīng)和坡頂拉應(yīng)力對(duì)非飽和土質(zhì)邊坡滲流與穩(wěn)定性的影響。取得以下成果:(1)基于已有的可以考慮土體微觀結(jié)構(gòu)的非飽和土水-力耦合模型(Modified Glasgow Coupled Model,簡(jiǎn)稱 MGCM)理論,使用 Fortran 語(yǔ)言,編寫了 MGCM模型計(jì)算程序,并通過(guò)對(duì)已有試驗(yàn)進(jìn)行模擬,驗(yàn)證了程序的正確性;隨后又利用ABAQUS軟件中的UMAT子程序接口,將MGCM模型擴(kuò)展到了 ABAQUS軟件中,而對(duì)三軸試樣進(jìn)行的干濕循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M,則證明了程序的合理性。(2)以南方某一實(shí)際邊坡為工程實(shí)例,在考慮不同降雨強(qiáng)度與不同降雨時(shí)長(zhǎng)的情況下,通過(guò)利用所開發(fā)的符合MGCM模型的UMAT子程序,對(duì)極端降雨條件下的非飽和土質(zhì)邊坡滲流場(chǎng)與位移場(chǎng)的演化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值研究。而對(duì)模擬結(jié)果中的孔壓分布、流速矢量、水平位移變化及特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析,則證明了該程序能很好的給出降雨過(guò)程中邊坡內(nèi)部滲流場(chǎng)的變化規(guī)律,同時(shí)由于考慮了降雨過(guò)程中流體與土骨架變形間的耦合效應(yīng),因此獲得的邊坡位移場(chǎng)更加真實(shí)有效。(3)通過(guò)采用向后歐拉完全隱式積分算法,開發(fā)了符合拉-剪耦合強(qiáng)度模型的UMAT子程序,由此解決了傳統(tǒng)的Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則會(huì)過(guò)高地估計(jì)土體抗拉強(qiáng)度的問(wèn)題,并對(duì)黏土的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了模擬,驗(yàn)證了程序的正確性。(4)根據(jù)相同的邊坡計(jì)算模型,在考慮不同降雨時(shí)長(zhǎng)的情況下,通過(guò)利用所開發(fā)的符合拉-剪耦合強(qiáng)度準(zhǔn)則的UMAT子程序,采用強(qiáng)度折減系數(shù)法,對(duì)非飽和土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬研究。其數(shù)值結(jié)果表明:針對(duì)于邊坡滑裂面的發(fā)展過(guò)程以及降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性等問(wèn)題,該程序能夠給出很好的描述。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU43
【部分圖文】：

向等壓狀態(tài)下的試驗(yàn)研宄，在（戶，ｄ應(yīng)力空間內(nèi)分別定義了加載－坍塌（Ｌｏａｄｉｎｇ逡逑Ｃｏｌｌａｐｓｅ，簡(jiǎn)稱ＬＣ）屈服線和吸力增加（Ｓｕｃｔｉｏｎ邋Ｉｎｃｒｅａｓｅ，簡(jiǎn)稱ＳＩ）屈服線，由此逡逑構(gòu)成了一個(gè)彈性區(qū)域，如圖１－１所示＾邐逡逑Ｓ邋Ｓ邋—邋Ｓｑ逡逑Ａ個(gè)邋Ｐｏ逡逑＜邐邐？逡逑，－ｋｓ＼邋彈性區(qū)邋Ｊ－邐逡逑＼邐ｙ邋Ｐ0＿邋＿邋（尸。）辦逡逑＼邐Ｘ邋Ｐｃ邋Ｐｃ逡逑邐＾——＾逡逑0邋＾0＝＾0（0）邐ｐ逡逑圖１－１各向等壓狀態(tài)下ＬＣ、ＳＩ屈服曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋ＬＣ邋ａｎｄ邋ＳＤ邋ｙｉｅｌｄ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｆｏｒ邋ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｓｔａｔｅｓ逡逑通過(guò)假定非飽和土的臨界狀態(tài)線斜率與飽和土相同，在飽和土的修正劍橋模逡逑型基礎(chǔ)上，對(duì)（ｐ，Ｗ應(yīng)力空間內(nèi)的模型進(jìn)行了推導(dǎo)，得到了邋ＬＣ方程表達(dá)式：逡逑ＬＣ邋：邋Ｍｐ，ｑ，ｓ，ｐ０）邋＝邋ｑ２－Ｍ＼Ｐ＋Ｐｓ）（Ｐ０－Ｐ）邋＝邋０邐（１－１）逡逑通過(guò)假定ＳＩ屈服線為一條直線，得到了相應(yīng)的ＳＩ方程表達(dá)式：逡逑Ｓ’邋：邋，２邋（夕，夕０）邋＝邋￥邋－邋￥０邋二邋0邐（１－２）逡逑５逡逑

逑三維狀態(tài)下ＢＢＭ模型的方程表達(dá)式，即是上述ＬＣ方程與ＳＩ方程組成的聯(lián)合方逡逑程組，其對(duì)應(yīng)的（／？，＋邋ｄ應(yīng)力空間內(nèi)的完整屈服面如圖１－２所示。逡逑９逡逑Ｐｏ逡逑圖１－２三維應(yīng)力下的屈服面【２５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｙｉｅｌｄ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｆｏｒ邋ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｓｔａｔｅｓ１２５１逡逑ＢＢＭ模型可以對(duì)諸多的非飽和土問(wèn)題進(jìn)行解釋，如：濕化過(guò)程中產(chǎn)生的濕陷逡逑現(xiàn)象；吸力變化引起不可恢復(fù)的塑性體積變形等。ＢＢＭ模型作為非飽和土本構(gòu)模逡逑型研究的開端，為后續(xù)更加復(fù)雜的模型建立提供了強(qiáng)有力的理論支撐。逡逑②ＧＣＭ邋（Ｇｌａｓｇｏｗ邋Ｃｏｕｐｌｅｄ邋Ｍｏｄｅｌ）模型逡逑在ＢＢＭ模型建立后的十幾年中，以吸力作為獨(dú)立應(yīng)力變量的本構(gòu)模型迅猛發(fā)逡逑展，但是隨著試驗(yàn)研究的不斷進(jìn)行，人們發(fā)現(xiàn)：同一土體，在相同的吸力、不同逡逑的飽和度條件下，也會(huì)表現(xiàn)出完全不同的力學(xué)特性，而且土體的固相變形也會(huì)引逡逑起非飽和土的ＳＷＣＣ發(fā)生移動(dòng)［３Ｇ，３１］。這讓研究人員意識(shí)到，除了吸力變化會(huì)對(duì)非逡逑飽和土的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響外，飽和度變化也會(huì)對(duì)土顆粒之間的毛細(xì)連接數(shù)目和逡逑連接強(qiáng)度產(chǎn)生影響

建立了非飽和土的體積變化方程。隨后又以體積變化方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出逡逑了非飽和土屈服應(yīng)力和剪切強(qiáng)度隨吸力變化的方程表達(dá)式，其各向等壓狀態(tài)下（ｐ，逡逑ｄ應(yīng)力空間內(nèi)的屈服曲線如圖１－４所示。逡逑７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 湯連生;桑海濤;羅珍貴;孫銀磊;;土體抗拉張力學(xué)特性研究進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2015年03期

2 陳正漢;;非飽和土與特殊土力學(xué)的基本理論研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2014年02期

3 李榮建;劉軍定;鄭文;閆蕊;邵生俊;;基于結(jié)構(gòu)性黃土抗拉和抗剪特性的雙線性強(qiáng)度及其應(yīng)用[J];巖土工程學(xué)報(bào);2013年S2期

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5 朱麗娟;王鐵行;胡p

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