库水下降条件下土体渗流对边坡稳定性的影响研究

摘要

自从意大利瓦依昂水库库岸边坡垮塌的惨剧发生以后，库水位变化影响条件下的边坡稳定性的研究开始引起极大关注，目前在这一课题上已有大量的学术成果，包括实验研究与计算理论研究，就计算理论方面而言，目前研究的焦点主要集中在了强度折减法在库岸边坡稳定性的计算问题上，现已有大量文献对这一方法进行研究但仍存在一些的问题有待解决，例如，渗流场与应力场的耦合计算，强度折减法的破坏判据缺少定量化的衡量标准，对于非饱和土渗流特性对库岸边坡稳定性影响的研究较少，针对以上问题，本文进行了以下几方面的研究:
　　1、阐述了多孔介质中流固耦合原理。阐述了有限元强度折减法的原理，对其破坏判据进行了讨论，并针对库水位变化条件下的边坡稳定性计算提出了一种新的破坏判据，使得破坏的临界条件得以量化;
　　2、通过对ABAQUS通用有限元软件进行二次开发，实现了库水位随时间变化的边界条件，在此基础上建立了有库水位变化的均质土边坡模型。当认为土体非饱和区渗透系数不随含水量变化时，针对这一模型分析了当库水位以1m每天的速度下降时不同饱和渗透率对边坡内部浸润线位置以及相应安全系数的影响;
　　3、采用了Fredlund和Xing提出的估算方法对非饱和的土水特征曲线、以及其相应的非饱和渗透系数进行估算，并分析了该估算方法中三个参数对土水特征曲线以及非饱和土渗透系数的影响。另外，还将这一非饱和土估算方法计算得到的参数应用于库岸边坡有限元模型，实现了对库水位下降条件下非饱和非稳定渗流边坡的模拟，在此基础上分析了这三个参数对库水位下降过程中浸润面以及安全系数的影响。并通过这一分析与饱和渗透率的影响分析进行对比;
　　4、采用研究得到的非饱和非稳定渗流模型对沙子寨水库除险加固工程进行了有限元计算分析与设计。根据规范要求对该水库大坝的渗流稳定性和整体抗滑稳定性进行了复核，同时对规范要求的工况进行了扩展，分析水库大坝在不同降速条件下的渗流稳定性和整体抗滑稳定性。介绍了土石坝渗流加固的常用工程方法，并选择了适用于该工程的方案。对加固后的坝体建立了相应的有限元模型，并分析了其在规范要求工况下和不同水位下降速度条件下的渗流稳定性和整体抗滑稳定性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 库岸边坡稳定性研究现状

1．2．1 实验研究

1．2．2 定量分析方法

1．3 库岸边坡稳定性研究存在的问题

1．4 本文主要的研究内容及研究方法

2 饱和渗流对边坡稳定性的影响

2．1 ABAQUS有限元分析软件简介

2．2 库岸边坡计算分析原理

2．2．1 多孔介质的有效应力原理

2．2．2 多孔介质平衡方程的离散化表示

2．2．3 多孔介质的本构特性

2．2．4 多孔介质中流体的连续性

2．2．4 多孔介质中流体的本构特性

2．3 有限元强度折减法

2．4 库岸边坡破坏状态准则研究

2．4．1 边坡数值计算模型

2．4．2 库岸边坡位移突变判定标准的确定

2．5 饱和渗透率对库岸边坡稳定性的影响

2．5．1 饱和渗透率对浸润线的影响分析

2．5．2 饱和渗透率对边坡安全系数的影响分析

2．5．3 饱和渗透率对滑坡面的影响

2．6 本章小结

3 土体非饱和渗流特性对边坡稳定性的影响

3．1 非饱和土渗流特性估算

3．1．1 水土特征曲线估算方法

3．1．2 非饱和土渗透系数估算方法

3．1．3 非饱和土渗流参数的确定

3．2 非饱和渗流参数对库岸边坡稳定性的影响

3．2．1 参数a对边坡稳定性的影响

3．2．2 参数m对边坡稳定性的影响

3．2．3 参数n对边坡稳定性的影响

3．3 小结

4 沙子寨水库大坝除险加固工程

4．1 工程概况

4．2 工程地质条件

4．2．1 区域地质条件

4．2．2 坝址工程地质条件

4．2．3 地质构造

4．2．4 水文地质

4．3 大坝工程地质条件评价

4．3．1 坝体工程地质条件评价

4．3．2 坝基工程地质条件评价

4．3．3 坝肩工程地质条件评价

4．4 大坝现状复核

4．4．1 大坝渗流稳定复核

4．4．2 坝坡稳定性复核

4．5 大坝加固方案选择

4．5．1 加固方法简介

4．5．2 支护方案确定

4．5．3 坝体和坝基混凝土防渗墙设计

4．6 坝体加固后渗流稳定计算

4．6．1 坝体加固模型

4．6．2 稳定渗流期渗流计算

4．6．3 非定渗流期

4．7 加固后坝坡稳定性计算

4．8 小结

5 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及成果

致谢