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考虑饱和-非饱和渗流作用的土质边坡稳定性分析

原文作者:
  廖红建,姬 建,曾静
发布时间:
  2014-08-14
来    源:
  重庆大学,西安交通大学,中国科学院
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摘 要:饱和-非饱和土的研究一直是岩土工程界的一个热点问题。土体中孔隙水压力的存在使得对岩土体的力学性状的分析变得更加复杂化。基于土体渗透系数与基质吸力之间的相互联系,对理想的各向同性土的水库堤坝进行了非稳定渗流场的数值模拟,得出不同水位、同一水位因不同骤升速率而产生的渗流场的变化规律,并对土体固-液耦合研究进行了初步探讨。把堤坝渗流场的动态变化在时间和空间上进行离散,分别引入到坝坡稳定性的分析中,以极限平衡原理和Morgenstern-Price条分法为基础对坝坡产生滑移的最小安全系数变化规律进行了分析,从而得出渗流-滑坡的内在联系。
1 引 言
    饱和-非饱和渗流是岩土介质中普遍客观存在的地下水运动现象,由于其对岩土体定性、地下水资源利用、污染控制、石油天然气开采等工程问题均具有重要影响,同时近十来年由于国内外在上述领域工程需求增加,使饱和-非饱和土体渗流对边坡稳定性影响的研究越来越受到重视。吴宏伟等[1]通过对香港地区的非饱和土斜坡的稳定性研究,认为:基质吸力的变化是土坡失稳的重要因素;张文杰等[2]从水位升降情况出发,也得到了一些规律性的认识。在目前的岩土工程界,Terzaghi 提出的有效应力概念已经被普遍接受并应用于研究饱和土,但在非饱和土方面,人们对于应力状态的描述则一直难于达成共识。目前研究的主要思路有两个:一是Bishop 提出的单值有效应力经验公式,研究重点集中在参数χ 的表达上,但χ 的意义及确定都存在很大的困难;二是近年来以Fredlund 和Morgenstern[3]为首提出的双应力变量理论,并在此基础上发展了饱和土的抗剪强度理论,引进了基质吸力强度。在边坡稳定计算方面,目前主要的方法包括极限平衡法和有限元法。其中,极限平衡法中的条分法使用较多,对土条受力的不同假设产生了很多不同的方法,而有限元法考虑了土体变形等,能更准确地反映土体内的应力变化,特别是随着计算机的发展有着广阔的前景。
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