水位变化和降雨条件下的边坡稳定性分析---硕士论文

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1、硕士学位论文水位变化和降雨条件下的边坡稳定性分析SlopeStabilityAnalysisofUnsaturatedSeepageby作者姓名：学科、专业：学号：指导教师：完成日期：大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学硕士学位论文摘要边坡稳定问题是岩土工程领域经典的三大问题之一。边坡一般包括天然边坡和人工边坡。在高速公路路基、水坝和库岸堤坝等工程设计中，需要研究分析边坡的稳定性。在考虑水位变化及降雨等复杂因素影响时，准确确定安全系数一般比较困难。本文主要采用教授发展的有限元极

2、限平衡法，在饱和与非饱和条件下，进行边坡结构的流-固耦合有限元分析后，应用有限元极限平衡法确定边坡的最危险滑动面以及安全系数性。有限元极限平衡法是一种基于极限平衡条件进行稳定性分析的确定性分析方法，其首先通过数值计算方法（有限元、离散元或边界元等）得到计算区域应力场，然后依据安全系数定义采用数学规划的方法搜索最危险滑动面，该方法安全系数定义物理意义明确，结合了极限平衡法和有限元法的优点，只要得到分析对象的应力场，即可方便快速的求出其相应的安全系数，非常适应于工程实际计算，而在复杂条件下的稳定性分析中优势更加明显。论文整体

3、分为三个部分：一、考虑渗流作用的边坡稳定性研究背景及国内外研究现状综述，包括库水位变化，降雨引起的边坡失稳数值及实验研究，总结本论文研究思路及内容。二、边坡稳定分析方法综述。从传统方法和有限元法两方面进行阐述，重点介绍有限元极限平衡法和有限元强度折减法。以一个简单均质边坡的标准算例，对传统方法和有限元法得到的结果进行对比，采用引入场变量的方法进行强度折减计算并验证其结果合理性。三、非饱和土渗流条件下的边坡稳定分析。内容包括：1）非饱和土固结理论与数值处理方法介绍，其中包括：非饱和土的有效应力原理、非饱和土渗流应力耦合分析

4、过程以及非饱和非稳定渗流计算中边界条件、初始条件的处理等。2）路基边坡在降雨条件下的稳定性分析。a)选取实际公路边坡土体参数进行计算，采用有限元法计算得到不同降雨强度下路基边坡的孔压场、渗流速度和等效塑性应变的时空变化，反映边坡在降雨条件下的渐进破坏过程；b)采用有限元极限平衡法和有限元强度折减法计算降雨历时边坡安全系数变化，并对两种方法得到的安全系数和滑弧形状进行对比，降雨条件分别为100mm/d、200mm/d和300mm/d；c)采用有限元极限平衡法在降雨条件下，进行非饱和土边坡稳定性分析，研究实测水力参数对边坡稳

5、定性的影响。3）基于1999年Griffith给出的算例进行稳态渗流时边坡的稳定性分析，采用传统的条分法、有限元强度折减法、有限元极限平衡法分别进行计算，并对结果进行对比。-I-大连理工大学硕士学位论文4）基于Griffith算例进行库水位下降过程中的边坡稳定分析，计算三种模式下，即库水位理想骤降、库水位理想缓降、非饱和非稳定渗流条件下的边坡稳定性，考虑水位下降高度比等因素对稳定性的影响。计算水位骤降后超静孔压消散过程中安全系数的变化，采用有限元极限平衡法，并与有限元强度折减法的结果进行对比，阐述两者各自的特点。关键词：

6、边坡稳定；有限元极限平衡法；有限元强度折减法；降雨；水位下降-I-大连理工大学硕士学位论文SlopeStabilityAnalysisofUnsaturatedSeepagebyAbstractSlopestabilityproblemisahotspotinthefieldofgeotechnicalengineeringresearch,thenaturalslopeandartificialslopeexistextensively.Inthehighwaysubgradeandbankdikeengineerin

7、g,itbecomesadifficultproblemtodeterminesafetycoefficientexpresslywhenconsideringthewaterlevelchangeandthecomplexfactorssuchasrainfall.ThispaperusesthefiniteelementlimitequilibriummethodproposedbyprofessorShaoinanalysisoftheseepageslopestabilityconsideringfluid-so

8、lidinteraction.Asakindofdeterministicstabilityanalysismethodsbasedonlimitequilibriumconditions,itgetsthestressfieldthroughthenumericalmethod(finiteelementanddi