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)計中,需要研究分析邊坡的穩(wěn)定性。通常用邊坡的滑動穩(wěn)定安全系數(shù)來評價其穩(wěn)定性。在考慮水位變化及降雨等復(fù)雜因素影響時,準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滑動面和安全系數(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)值計算方法(有限元、離散元或邊界元等)得到計算區(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)劃法搜索最危險滑動面。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,只要得到分析對象的應(yīng)力場,即可方便快速地求出其相應(yīng)的安全系數(shù)和最危險滑動面。它非常適合于實際工程計算,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)值分析實驗研究。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行闡述,重點介紹有限元極限平衡法和有限元強度折減法。以一個簡單均質(zhì)邊坡的標準算例,對傳統(tǒng)方法和有限元法得到的結(jié)果進行對比,采用引入場變量的方法進行強度折減計算并驗證其結(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,采用有限元強度折減法,有限元極限平衡法及傳統(tǒng)方法計算并對結(jié)果進行對比。3)基于Griffith算例進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)下進行計算,考慮下降高度比等對安全系數(shù)的影響,計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。計算分別采用有限元極限平衡法和有限元強度折減法,對比兩種方法的計算結(jié)果,并闡述兩種方法的特點。4)邊坡在降雨條件下的穩(wěn)定性分析。a)選取實際公路邊坡土體參數(shù)進行計算,采用有限元法計算得到不同降雨強度下路基邊坡的孔壓場、滲流速度和等效塑性應(yīng)變的時空變化,反映邊坡在降雨條件下的漸進破壞過程；b)采用有限元極限平衡法和有限元強度折減法計算降雨歷時邊坡安全系數(shù)變化,并對兩種方法得到的安全系數(shù)和滑弧形狀進行對比,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,選取降雨強度接近邊坡飽和滲透系數(shù)的水力參數(shù)進行降雨條件下邊坡穩(wěn)定分析,考慮坡角、水力參數(shù)等對邊坡穩(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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)邊坡對比算例28-31
• 2.4 引入場變量進行有限元強度折減計算的合理性分析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)分析的時間步長與初始條件40-42
• 3.3.1 時間步長選擇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 庫水位理想變化對壩體穩(wěn)定性影響49-63
• 4.3.1 庫水位理想緩降對壩體穩(wěn)定性影響50-57
• 4.3.2 庫水位理想驟降對壩體穩(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 滲流計算結(jié)果63-66
• 4.4.2 有限元極限平衡法的計算結(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 有限元計算結(jié)果72-77
• 5.1.4 結(jié)果對比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)力耦合計算結(jié)果83-85
• 5.2.2 降雨對不同坡角邊坡穩(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：827207