文档介绍：摘要
土坡稳定分析是土力学与岩土工程的经典课题,但在传统的土
坡稳定分析中,土体的强度指标是以饱和土的强度指标为基础而没
有考虑土中的基质吸力对土的抗剪强度的影响,土坡也没有明确地
被划分为饱和区和非饱和区,仅将地下水位以下的区域作为饱和区
进行分析。针对这个问题,在以下两个方面进行了较深入的研究
通过编制渗流有限元程序,进行饱和一非饱和土坡的稳定
渗流分析,可以计算出非饱和土坡在不同水位边界条件下的水压力
基质吸力分布和水头分布,确定自由面的位置,明确划分出土
坡中的饱和区和非饱和区。在此基础上,分析并比较渗透系数不同
的均质土坡、成层土土坡以及不同坡度的土坡在渗流条件下的孔隙
压力场分布和水头场分布。
将对饱和一非饱和土坡的渗流分析结果中的孔隙压力场分
布加入到饱和一非饱和土坡的稳定分析中,计算出不同渗流场分布
下的土坡稳定安全系数,进一步探讨不同渗流场分布对土坡稳定性
的影响。
本文的研究成果,对于分析饱和一非饱和土坡中的渗流场分布,
研究不同渗流场分布下的土坡稳定性具有重要的理论意义和工程实
用性。
关键词
非饱和土
基质吸力
稳定渗流
有限元法
极限平衡法
独创性声明
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第一章绪论
第一章绪论
引言
土坡问题广泛存在于实际工程中基坑开挖、路基填筑、土石大坝的修筑
等,因而土坡稳定问题一直受到人们的广泛关注。实际工程的土坡在地下水位
以上的土体中存在着基质吸力的影响属于非饱和土,而地下水位以下的土
体一般可视为饱和土。在现有的土坡稳定分析中,土的抗剪强度并没有考虑非
饱和土中基质吸力的作用,只是按饱和土的理论来确定抗剪强度,这必然
使计算模型和实际情况不一致,一方面可能造成边坡稳定计算保守,另一方面
没有考虑复杂自然环境天气等对边坡稳定性的影响例如,当降雨发生时,
土坡中孔隙水压力增加而基质吸力减小,由墓质吸力所引起的土的抗剪强度减
小,从而引起了非饱和土坡的失稳。通常情况下,在土坡中,当破坏滑动面的
主要部分位于地下水位以下时,地下水位以上由于负的孔隙水压力而增加的抗
剪强度被忽略了。但是,这并没有考虑地下水位埋藏很深或滑动破坏面位置很
浅的情况,在这种情况下,负的孔隙水压力墓质吸力就不应该被忽略了。
天然土坡有着复杂的内部和外部条件,同时受着复杂的环境条件,如地
下水位的变化、气候变化、降雨、土中水燕发、土坡上植被生长等情况的影响
这些因素都能直接影响到土的力学性质及土中的应力分布情况,最终影响到土
坡的稳定性。在自然及工程实践中最为常见的一类土坡,如堤坝、土坝、路基、
渠道、墓坑、人工岛等都属于饱和一非饱和土坡,而这些土坡长期或经常处于
降雨与燕发、地下水位江河湖海及水库的水位、人工降低地下水位、灌溉等复
杂的水利环境及条件下,在这种情况下,只有进行非饱和土渗流分析,才能划
分土坡中的饱和区和非饱和区,确定土坡中的渗流场分布,计算出基质吸力的
大小。
因此,进行饱和一非饱和渗流有限元分析,基于这类渗流分析得出的渗流
场,将其作为土坡的水力边界条件,按非饱和抗剪强度理论和极限平衡方法分
析复杂水力条件下的土坡稳定性,将是一项值得研究的新课题。
非饱和土渗流的研究概况
土壤水的运动即非饱和土渗流是水力学、非饱和土力学的重要分支阔从
非饱和土力学的角度看,非饱和土渗流即为非饱和土中自由水在各种势能驱动
第一章绪论
下在时空域内的运动现象。非饱和土渗流是涉及众多学科领域的复杂问题。
渗流发展始于世纪中期年法国工程师达西提出了线性渗流定
律达西定律,为渗流理论的发展奠定了基础年茹可夫斯基首先
推导出了渗流微分方程,但仅求出了适用于均质渗流介质和简单边界条件的解
析解。年巴甫洛夫斯基提出了求解渗流场的电拟法。随着计算机