条分法中渗流作用力的影响

摘要

边坡是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设中最常见的工程形式。研究渗流作用下边坡失稳,是边坡稳定分析和防治处理的一项重要任务。目前工程实践中普遍应用的条分法在不存在水的情况下是正确的,当存在地下水时,为分析地下水的问题目前出现了多种方法,但实践证明并未真正解决地下水的渗流计算问题。 本文通过归纳总结边坡稳定分析的条分法,探讨目前对渗流作用下条分法分析边坡稳定的争议,指出各种方法在研究对象、渗透力问题和土浮重及孔压置换问题上存在一些分歧,看问题的角度、观点都存在差异。 本文提出以土骨架为研究对象,引入渗透力概念,采用积分法进行理论推导验证。论证结果表明：(1)一般方法即传统条分法不满足有效应力非负条件；(2)浮重方法仅满足静水条件；(3)考虑渗透力的有限元公式分母上多出一个附加项；(4)本文推导提出的公式,采用条间表面力来表示渗透体积力,更适合工程界的习惯。 进行各种公式的单圆弧计算比较,再次验证了理论推导的合理性。此外,为了满足有效应力非负条件及最小有效应力条件,考虑土条侧边的水压力和主动土压力,分析土坡坡度、上下游水位、圆弧中心角及坡内地下水位上升等多种因素变化时,对单个特定圆弧由坡脚至坡顶顺序的下方部分土体滑动安全系数变化的影响。研究结果表明,存在安全系数局部小于整体的情况,并且当坡度越陡、坡内地下水位越高时,边坡更容易出现坡脚处土体首先滑动而非整体失稳破坏。 进一步在整体搜寻中研究比较,以完整圆弧为主进行分析,比较不同坡度、不同地下水位情况下各种方法的整体搜寻结果,得出由坡脚至坡顶加入水、土压力递推的模式确定下方部分土体滑动安全系数最小值的建议。

目录

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第一章绪论

1.1边坡失稳与滑坡

1.2边坡稳定分析方法

1.2.1条分法

1.2.2有限元法

1.3渗流作用与滑坡稳定性

1.4滑坡作用的常规条分法及其存在的问题

1.4.1常规条分法

1.4.2条分法计算中存在的问题

1.4.3渗流对滑坡的影响

1.5本文的研究重点

第二章关于渗流作用下条分法分析的讨论争议

2.1引言

2.2方法1的讨论

2.3方法2的讨论——旨坡计算有限元法

2.4不同计算方法的比较

2.4.1研究对象的问题

2.4.2渗透力问题

2.4.3土浮重及孔压置换问题

2.5本章小结

第三章考虑渗流作用的条分法的相关推导及应用程序

3.1引言

3.2论证的准备工作

3.2.1土条各点坐标

3.2.2水头、孔压关系

3.3按有效重度和渗透力关系分析土条滑动力矩

3.3.1浸润线在土条内

3.3.2土条上表面淹没

3.4按有效重度和渗透力关系分析土条的抗滑力矩

3.4.1抗滑力矩公式的推导

3.4.2对各种抗滑力矩公式的比较

3.5有限元简化计算渗流场

3.6简介边坡稳定分析程序

3.6.1原有程序

3.6.2特定圆弧分析程序的改编

3.6.3整体搜寻程序的改编

3.7本章小结

第四章用单个圆弧研究、比较不同方法中渗流作用力的影响

4.1引言

4.2分析方法

4.3对单个圆弧各种计算方法的比较

4.3.1引用孔压系数的计算

4.3.2准确的孔压计算

4.4对单个圆弧考虑下方部分土体滑动安全系数变化

4.4.1不同坡度条件下侧向孔压土压力的影响

4.4.2上下游水位变化条件下侧向孔压土压力的影响

4.4.3圆弧中心角变化条件下侧向孔压土压力的影响

4.4.4坡内地下水位上升条件下侧向孔压土压力的影响

4.4.5讨论是否考虑土条侧边孔压和土压力的影响

4.5本章小结

第五章渗流作用力对整体滑弧搜寻结果的影响

5.1引言

5.2整体搜寻比较

5.2.1坡度变化的影响

5.2.2上下游水位变化的影响

5.3反向土条累加递推模式的可行性研究

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢