土石坝渗流场与应力场耦合及边坡稳定分析

摘要

渗流问题不仅是影响土石坝的安全稳定性的一个关键因素，且与其经济性息息相关。受坝址开发条件等因素的限制，在西北地区尤其是沙漠和半沙漠地区所修建的土石坝工程，渗流及稳定问题成为制约这些工程设计与施工的关键问题之一。本文结合正在修建的水利枢纽工程，水库大坝为均质土坝，坝基存在强透水性砂层，因此对此工程进行渗流稳定安全分析研究，对于保证水库安全以及提高工程效益具有现实意义。对蓄水前后考虑干、湿态参数的影响进行分析；并针对渗流的防渗措施设计合理的方案，基于渗流与应力耦合分析的基本理论和方法，建立分析模型，围绕不同的防渗方案（防渗墙深入坝肩、坝基的不同长度），对渗流量及渗透坡降等渗流要素进行分析；并结合强度折减法，釆用有限元软件Abaqus对此工程进行坝体稳定性分析，得出位移分布图以及塑性贯通区位置分布图。本文的主要工作和成果如下：
　　（1）阐述了坝体填土在蓄水前后考虑干、湿态参数的影响在Abaqus中实现计算的思路，并且总结和探讨计算中的土体单元拉裂、剪切破坏修正方法，联系具体的工程计算案例，应用Duncan-Chang E-B本构模型模拟计算土体的竣工后、蓄水后和考虑干、湿参数的蓄水过程，并对所得的应力场以及位移场计算结果进行了分析。
　　（2）介绍了土体渗流场与应力场之间的耦合作用机理及其有限元格式；计算了考虑渗流场与应力场耦合作用下土石坝在不同工况下的渗流，得到孔隙水压力、流速分布云图，并且得到具体的渗流量和渗透坡降值，判断防渗墙对渗流量的影响以确定合理设计方案。首先建立渗流场-应力场耦合模型，计算在不同的防渗方案下，考虑渗流-应力耦合作用后，并由此确定此土石坝的防渗墙深入坝肩长度为50m。
　　（3）使用有限元程序Abaqus中特有的场变量设置以此来实现强度折减，在五种不同工况下确定最危险的塑性贯通区滑裂面以及最小安全系数，并根据规范选定两种工况下进行地震惯性力的影响计算，得到塑性贯通区滑裂面及最小安全系数。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容及主要工作

2考虑干、湿态参数影响的土石坝应力变形数值分析

2.1Duncan-Chang本构模型

2.2 Abaqus中计算的实现方法

2.3工程实例应用分析

2.4本章小结

3.1渗流场-应力场的耦合方法

3.2渗流场-应力场耦合的有限元解法

3.3工程实例应用分析

3.5本章小结

4坝坡稳定性模拟分析

4.1坝坡稳定计算理论方法

4.2强度折减法的有限元计算

4.3工程实例应用分析

4.4本章小结

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录