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考虑非饱和非稳定渗流和剪胀性的土坡稳定分析

贾苍琴  
【摘要】:土坡稳定问题一直是岩土工程界研究的热点,普遍存在于天然边坡、人工边坡、高速公路铁路的路堤以及堤坝、土坝等工程项目中,由于受到水位降落和降雨等复杂因素的影响,很难明确确定边坡的安全系数;另外土体的剪胀性对土体的抗剪强度有较大的影响,而目前边坡稳定分析中只是粗略地考虑剪胀性,这也使得在正确估算土坡的安全系数时存在一定的难度。因此,本文以工程实践中常见的土坡为研究对象,对其稳定分析方法进行了探讨,尤其是对由于水位降落和降雨等引起的非饱和非稳定渗流对土坡稳定造成的影响进行详细的讨论,并对如何在土坡稳定分析中合理考虑土体的剪胀性以及其对土坡稳定的影响程度也进行了深入的研究。本课题的研究成果无论是在理论还是在工程应用上,都具有重大的意义。 本文主要的研究工作如下: 1.通过分析现有的砂土临界状态本构模型所存在的缺陷,本文基于临界状态理论和材料状态相关剪胀性理论,建立了一个适用于不同初始密实度的双硬化砂土本构模型。该模型只需采用一组材料参数便可描述不同围压不同密实度下砂土的应力应变关系,对剪切试验过程中表现出来的剪胀剪缩特性也可以进行很好的追踪。通过对Toyoura砂和Hostun砂三轴排水和不排水条件下的试验结果进行验证,表明该模型具有较好的预测能力和比较广泛的适用性。同时对有关本构方程三维应力条件和三轴试验条件下的数值积分方法进行了推导,并以Toyoura砂为例对不同的数值积分方法进行了对比分析。 2.本文采用两种不同的方法对非饱和非稳定渗流的连续性方程进行了分析;详细讨论了水位骤降所引起的非饱和非稳定渗流的土坡稳定性分析的极限平衡法,探讨了非饱和区的存在对土坡稳定性的影响,这其中包括土体非饱和特性对滑动面上有效法向应力的影响、浸润线以上土体重度的影响以及基质吸力对土体抗剪强度的影响,并且通过算例分析了各种因素对水位骤降条件下土坡稳定性的影响,结果表明合理确定土体中孔隙水压力分布以及浸润线的位置对计算结果至关重要;并进一步对降雨造成的非稳定渗流对土坡安全系数的影响进行了初步的分析。


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