渗流—应力耦合和降雨入渗作用下的边坡稳定性分析及加固措施

发布时间：2020-09-05 14:06

　　边坡稳定性分析是基础建设中一个重要的课题。地下水和降雨入渗的作用是影响边坡稳定性的重要因素,两者在坡体内的作用方式呈现渗流—应力耦合的复杂状态。本文基于强度折减法和渗流—应力耦合理论,运用有限元分析软件ABAQUS,通过分析不同边坡模型的渗流场、应力场、位移场和安全系数,探究了无地下水、渗流—应力耦合、渗流—应力耦合和降雨入渗共同作用三种工况下的边坡稳定性,在此基础上得出了不同材料参数、渗流条件和降雨条件对边坡稳定性的影响规律,最后对抗滑桩加固边坡的效果进行了分析。本文主要研究内容和成果如下:(1)介绍了边坡稳定性分析方法及强度折减法和渗流—应力耦合理论,建立了渗流—应力耦合的数学模型,阐述了强度折减法和渗流—应力耦合在ABAQUS中的实现过程。(2)基于强度折减法和渗流—应力耦合理论,分析了无地下水、渗流—应力耦合、渗流—应力耦合和降雨入渗共同作用三种工况的边坡稳定性,三种工况下的边坡安全系数分别为1.908、1.755和1.641。对比三种工况的安全系数可知,地下水的存在会显著降低边坡安全系数,而降雨入渗会使边坡的饱和度增加,坡体内流速和位移均增大,浸润面位置明显抬升。可见地下水和降雨入渗作用会对边坡稳定性造成较大的不利影响。(3)以渗流—应力耦合工况下的边坡模型为基础,分析材料参数和渗流条件对边坡稳定性的影响规律。结果表明:随着粘聚力和内摩擦角的增大,边坡的安全系数近乎呈现线性增大的趋势;而弹性模量和泊松比对边坡安全系数的大小影响很小,但会显著影响边坡的变形特征;水头高度的增加会使坡体内的浸润面位置升高,饱和区域增加,渗流速度增大,边坡安全系数减小;不同的渗透系数(各向同性)对应的浸润面高度基本相同,边坡安全系数均在1.755左右。(4)以渗流—应力耦合和降雨入渗共同作用工况下的边坡模型为基础,分析不同降雨条件对边坡稳定性的影响规律。结果表明:随着降雨时间的增加,边坡的浸润面逐渐抬升,渗流速度逐渐增大,安全系数减小,且降雨初期的减小幅度较大;而降雨强度的增大使得坡体内渗流速度和位移逐渐增大,安全系数减小。可见降雨时间和强度的增大会对边坡稳定性造成不利影响。(5)以无地下水工况下的边坡模型为基础进行三维抗滑桩加固边坡的效果分析。对比抗滑桩加固前后的边坡可知,加固后的边坡并未形成整体的滑动面,桩后土体的位移和塑性区大幅减小,边坡的安全系数大幅增加。由此可见,抗滑桩加固边坡的效果十分明显,可以应用到工程实践中。本文在分析不同情况下的边坡稳定性时,考虑了渗流场和应力场相互耦合的作用,得出不同因素对边坡稳定的影响规律,并分析了三维抗滑桩加固边坡的效果,所得结论对地下水位较高和降雨充沛地区的边坡失稳预防及加固等工程实践活动具有一定的参考意义和应用价值。
【学位单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU43;TU472
【部分图文】：

技术路线图,边坡稳定性分析,加固边坡,对边

第 1 章绪论（6）通过以上不同条件下边坡稳定性的对比分析，探究渗流—应力耦合、降雨入渗和抗滑桩加固边坡的实际工程意义。本文的创新之处在于：在分析边坡稳定性时，并未将渗流场和应力场分开考虑，而是根据实际情况，考虑两者耦合作用对边坡稳定性的影响；在分析降雨入渗对边坡稳定性的影响时同时考虑了地下水的渗流作用；探究了不同材料参数、不同渗流条件和不同降雨条件对边坡稳定性的影响规律；分析抗滑桩加固边坡的效果，为实际工程应用提供参考。1.3.2 技术路线

示意图,有限元强度折减法,示意图

图 2.1 有限元强度折减法示意图Fig2.1 Schematic diagram of finite element shear strength reduction method强度折减法的失稳判定依据强度折减法可以计算出边坡失稳时的安全系数，目前边坡失稳的判定依三种:数值计算的收敛判据元法将边坡离散化来求解一系列的线性方程，并将线性方程迭代无穷逼的解。在给定的非线性迭代次数及限定值等条件下，位移或失衡力不能，此时可认为边坡已经破坏。对此，不同学者采用的不收敛标准也有所]认为迭代次数超过 500 次未收敛土体即破坏；而 Griffiths[44]和 Lane 则将为 1000 次。特征部位的位移突变判据

渗流区,单元体

南华大学硕士学位论文流速度较小，可以看作符合达西定律的层流运动；而卵石，当水头差较大时，水在其间的渗流即是流动速度较大全描述这种复杂运动。连续性方程动遵循质量守恒定律，其连续性方程也可由此推出。渗流方向各异，为了反应流体运动的质量守恒原理，可在三维流体运动的连续性。建立如图 3.1 所示的无限微小的正六某一时刻t ，中心点 M x , y ,z 的速度为v ，密度为

【相似文献】