【摘要】：研究水庫水位波動作用下水庫邊坡的失穩(wěn)機理對提升水庫工程的運營效益和防止地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生具有重要的現(xiàn)實意義。本文基于飽和-非飽和水-氣二相流模型,研究了水庫水位波動作用下土體內(nèi)的孔隙水壓力、孔隙氣壓力、毛細壓力、水飽和度和坡外水壓力的變化過程,分析了水庫水位波動過程中岸坡土體內(nèi)滲流場的變化規(guī)律。本文采用簡化Bishop法,推導(dǎo)了水位波動作用下邊坡的安全系數(shù)計算公式,用于分析水位波動過程中邊坡穩(wěn)定性的變化。主要內(nèi)容包括如下幾個部分:(1)基于飽和-非飽和邊坡的水-氣二相流模型,分別模擬了水庫水位下降和水庫水位上升作用下土體內(nèi)滲流場的變化規(guī)律。水位下降作用下,非飽和區(qū)范圍內(nèi)的毛細壓力逐漸增加,孔隙氣壓力逐漸減小,孔隙水壓力逐漸增加;毛管飽和區(qū)范圍內(nèi),毛細壓力和孔隙水壓力均逐漸增加,孔隙氣壓力為0。水位上升作用下,毛細壓力、孔隙氣壓力、孔隙水壓力和水飽和度均逐漸增加。(2)進一步對水庫水位變化速度及土壤固有滲透率在水庫水位波動過程中對土體內(nèi)滲流場變化規(guī)律的影響進行了深入分析。水位升降速度越快,土體的滲流場變化的越快;土壤固有滲透率越大,土體的滲流場變化的越快。(3)以滲流場模擬結(jié)果為依據(jù),對同時考慮孔隙氣壓力,孔隙水壓力,土體自身重力、毛細壓力,坡外水壓力作用的土坡安全系數(shù)進行計算,并分析了水位波動過程中毛細壓力、孔隙氣壓力、坡外水壓力對安全系數(shù)的貢獻。水位下降作用下,土坡的安全系數(shù)先逐漸下降后逐漸上升,當(dāng)水位穩(wěn)定后,安全系數(shù)的值也幾乎穩(wěn)定。水位上升作用下,土坡的安全系數(shù)先呈現(xiàn)微小的下降趨勢之后開始逐漸上升,當(dāng)水位穩(wěn)定后安全系數(shù)又開始逐漸下降。土壤中中毛細壓力的存在有利于土坡穩(wěn)定,孔隙氣壓力的存在不利于土坡穩(wěn)定,而坡外水壓力的存在有利于土坡穩(wěn)定。(4)建立水相單相流模型,分析水位下降作用下的土體內(nèi)滲流場的變化情況及邊坡的穩(wěn)定性的變化過程。通過水-氣二相流的模擬結(jié)果與水相單相流的模擬結(jié)果對比,分析了氣相的存在對土體內(nèi)滲流場變化的影響及對邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示,水-氣二相流不考慮孔隙氣壓力貢獻的安全系數(shù)略高于單相流的安全系數(shù),而不考慮毛細壓力貢獻的安全系數(shù)略低于單向流的安全系數(shù)。(5)水-氣二相流模型中土體被分為飽和區(qū)、毛管飽和區(qū)和非飽和區(qū)三部分,為與二相流對比分析滲流場的變化規(guī)律,建立的單相流模型中僅存在飽和區(qū)和非飽和區(qū)兩部分,且毛管飽和區(qū)范圍內(nèi),孔隙水壓力小于0,孔隙水受到土顆粒的吸引不易流出,但水飽和度仍然為1.0,而毛管飽和區(qū)處的毛細壓力為0,所以孔隙氣壓力也小于0。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV223
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文相密度可以表示為：aaaMV a 為空氣的密度；aM 為空氣的質(zhì)量；aV 為空氣的體積。性粘滯性是流體的一種特性，粘滯性的大小與溫度有關(guān)，且隨 2-1 以水為例給出水的粘滯性隨溫度變化的曲線關(guān)系，觀察隨溫度的升高逐漸降低，且初始時刻降低速度較快，隨溫度逐速度逐漸減慢。

非飽和土體中基質(zhì)吸力通過水-氣接觸面處的表面張力影響土體的抗剪強度[76]，圖 2-2 和圖 2-3 分別表示了作用于二維曲面上的壓力及表面張力和作用于三維曲面上的表面張力。作用于二維曲面上的壓力有u u和u ，若垂直方向上受力平衡，則需滿足：2 sin 2 sins sT u R (2-5)化簡：ssTuR (2-6)式中，sT 為表面張力；sR 為曲率半徑。三維曲面上的受力應(yīng)滿足：1 21 1( )Su TR R (2-7)式中，1R 、2R 為三維曲面的曲率半徑。

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本文編號：2731974