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降雨渗流作用下高填土路堤的稳定研究

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第一章绪论

1.1土坡稳定分析发展综述

1.2降雨渗流作用下土质边坡稳定分析特点

1.2.1一般土坡稳定问题

1.2.2降雨渗流作用下的土质边坡稳定

1.2.3降雨在公路发展中的灾害问题

1.2.4降雨渗流下土质路堤稳定分析的特殊性

1.2.5土坝和土质路堤在渗流稳定分析中的共同点

1.3土体抗剪强度理论发展概述

1.3.1饱和土体抗剪强度理论的发展

1.3.2考虑基质吸力的非饱和土抗剪强度研究

1.4可靠度理论的发展及应用

1.4.1可靠度理论国内外研究现状[36,37,38]

1.4.2土木工程可靠度研究的必要性

1.4.3可靠度计算理论及其进展[52]

1.5本文研究工作

第二章土坝有限元渗流及稳定分析

2.1引言

2.2复杂边界条件下的稳定渗流理论

2.2.1概述

2.2.2二维稳定渗流计算的有限单元法

2.2.3渗流场计算程序编制中的问题及解决办法

2.2.4渗流量的有限元计算

2.3白石水库渗流场有限元分析

2.3.1工程概况及工程地质情况

2.3.2计算工况

2.3.3大坝断面的有限元剖分

2.3.4自由面的求解思路

2.3.5浸润线计算及对比分析

2.3.6等水头线

2.3.7渗流量的计算

2.3.8渗流比降的计算

2.3.9水位骤降时土坝的稳定计算

2.4本文有限元程序的编制及框图

2.5结论及建议

第三章基于极限平衡的路堤边坡稳定分析

3.1引言

3.2传统渗流作用下土体边坡的稳定

3.2.1概述[73]

3.2.2渗流力的影响及考虑[74]

3.2.3工程实例——天津新港船坞围埝与基坑边坡稳定分析

3.3降雨渗流作用下的土坡稳定

3.3.1概述

3.3.2土坡计算模型的建立

3.3.3工程实例分析

3.3.4常见的几种高填土路堤的稳定计算

3.4渗流有限元和弹塑性有限元对高填土路堤进行稳定性验证及 分析

3.4.1渗流有限元

3.4.2弹塑性有限元

3.4.3验证

3.5降雨渗流作用下的公路路堤稳定分析程序的编制

3.5.1程序特点:

3.5.2程序的框图说明

3.6结论及建议

第四章非饱和渗流有限元和弹塑性有限元理论分析

4.1引言

4.2公路路堤边坡稳定分析的特殊性及存在问题

4.3非饱和土边坡稳定分析中的相关理论

4.3.1非饱和土流动定律

4.3.2抗剪强度理论在非饱和土中的引入

4.3.3非饱和土基质吸力和抗剪强度参数的量测

4.3.4土坡暂态渗流模型及边坡稳定分析理论

4.3.5降雨入渗作用下的非饱和土土坡稳定分析方法

4.3.6边坡稳定计算理论[90]

4.4饱和—非饱和非稳态渗流有限元程序的验证

4.5算例分析

4.5.1降雨方案的确定

4.5.2研究边坡剖面及土体参数的确定

4.5.3边坡渗流瞬态分析

4.5.4边坡稳定的瞬态分析

4.5.5路堤土的影响参数分析

4.6结论及建议

第五章降雨渗流作用下的路堤边坡可靠度分析

5.1引言

5.2边坡稳定可靠度分析理论基础

5.2.1极限状态方程的建立

5.2.3考虑变量相关性的可靠度方法

5.2.3蒙特卡罗模拟方法(MCSM)

5.3降雨渗流作用下的路堤边坡稳定可靠度分析

5.3.1降雨量的平均性设计及相应土体强度参数的确定

5.3.2工程实例分析

5.4结论

第6章结论及建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

附录:博士期间发表的论文及参编书目

致谢

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摘要

该文从复杂渗流条件下的土坝稳定分析入手,从不同方面、运用多种理论分析了高填土质路堤在降雨渗流作用下的稳定,研究了降雨作用下的土质公路边坡的稳定机理和破坏模式.1.针对白石土坝的复杂渗流条件编制了有限元程序.对自由面的求解,在计算中提出了弃单元法算法.用有限元方法对渗流量进行了计算.分析了实测水位和理论计算水位有较大差别的原因并提出相应的渗流稳定措施.此外,对大坝在库水位骤降情况下的稳定进行了分析.该文中所提供的相关方法为白石大坝的设计、运行提供了计算依据.2.建立了降雨入渗渗流作用下的高填土路堤稳定计算模型,并根据所建模型编制了极限平衡法路堤土坡稳定分析程序;通过对比分析,提出了符合实际的路堤入渗深度计算公式,并计算了在不同条件下公路路堤的降雨入渗深度;用编制程序对现行的各种高填土路堤的稳定进行了计算和分析;用渗流有限元和弹塑性有限元程序计算了高填土路堤的稳定性,验证了该文所建立的路堤稳定计算模型和稳定分析程序.3.该文基于非饱和渗流数学模型,设计了二维非稳定渗流程序.选取了适合SWC曲线,用Corey-Green方法预测了土体的渗水性系数.针对现行的高路堤边坡,模拟了因雨水入渗引起的暂态渗流场,分析了土体中含水量、基质吸力的变化规律.然后将计算得到的孔隙水压力作为输入条件,采用了适用于非饱和土的Mohr-Coulomb破坏准则对路堤边坡进行了弹塑性有限元分析,进而得出降雨后不同时刻的应力场.通过在边坡滑弧上进行线积分,得出边坡在不同时刻的整体安全系数,进而提出了路堤边坡降雨作用下

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