考虑渗流作用的经典土坡稳定分析方法

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1、考虑渗流作用的经典土坡稳定分析方法AnalysisandImprovementofClassicalSlopeStabilityMethodsinSeepageSoilMass学科专业：结构工程研究生：秦军指导教师：杨建民副教授天津大学建筑工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

2、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要目前在边坡工程治理中，在如何正确考虑处理渗流作用对边坡稳定性的影响方面存在诸多问题，本文就该问

3、题展开研究工作。深入剖析了渗流作用力的特征，得到土坡稳定分析中的一个重要法则：采用渗透力时必须与土的浮重相平衡，采用周围孔隙水压力时必须与土的饱和重相平衡。在稳定分析计算时，可以把多个边界水压力用单一的体积力即渗透力来代替，使问题得以简化。根据各向受力平衡分析，论证了水土分算与水土合算的等效性。以宏观土条和微观流网微单元为研究对象，应用等势线上测压水头相等的原理，确定土条和流网微单元边界上孔隙水压力分布，将水重与边界孔隙水压力在互相正交的两个方向分解后再合成，得到该合力在方向、大小和作用点上等同于渗透力，定量论证了饱和土体受外

4、部水压力等效于土骨架受浮重及渗透力。在Fellenius法、简化Bishop法和Janbu法的改进分析过程中明晰了孔隙水压力与渗流力的区别，当以水土混合体为研究对象时考虑土体周围孔隙水压力，以土骨架为研究对象时考虑渗流力，避免重复考虑渗流力的作用，正确处理了边界力与体积力的关系。正确匹配了水土作用力，用孔隙水压力时必须与土的饱和重相平衡，用渗流力时必须与土体浮重相平衡。在考虑土条侧面受到的水压力时，按照流线与等势线相互垂直的流网性质去确定条块浸润线以下侧面水压力分布和底面水压力分布。揭示了在极限平衡条分法中渗流作用对土条的作用

5、机理，在改进分析过程中，根据严格的数学推导证明了渗流作用下以水土混合体为研究对象和以土骨架为研究对象两种分析方法在本质上是一致的。针对本文提出的渗流作用下的经典土坡方法编制了相应的Fortran语言计算程序，选择经典算例进行了分析验证，对其他已有的渗流作用简化考虑方法进行了剖析，分析指出这些方法的不足或者错误之处，对比分析结果再次论证了本文理论方法的正确性和有效性。关键词：渗透力水土分算水土合算渗流作用土坡稳定安全系数ABSTRACTItisquitechaoswhenitcomestoslopestabilityanalys

6、isinseepagesoilmassinslopeengineeringmanagement.Theinfluenceofseepageonstabilityofsoilslopeshouldbeconsideredproperly.Itisporewaterpressurearoundthesoilmassnotseepageforceshouldbetakenintoaccountwhenthesubjectisthemixtureofsoilandwaterandviceversawhenthesubjectissoi

7、lskeleton.Theporewaterpressureshouldbeinbalancewiththesoilsaturatedweightandtheseepageforceshouldbeinbalancewiththesoilbuoyantweight.Inslopestabilityanalysis,theissuemaybesimplifiedasaseepageforceinsteadofporewaterpressurearoundthesoilmass.Equivalenceofseparatecalcu

8、lationofwaterandsoilpressureandcombiningcalculationofwaterandsoilpressureisdemonstrated.Takingthemacroscopicsoilsliceandmicroscopicseepage