变饱和渗流对地下工程土体抗剪强度影响的分析与计算

摘要

非饱和渗流与非饱和土工程性质一直都是当前工程界研究的热点和难点,非饱和土的抗剪强度对于地下工程、边坡工程及深基坑工程的土体稳定都具有极其重要的意义.非饱和土具有负的孔隙水压力,也称为基质吸力.具有基质吸力是非饱和土工程性质区别于饱和土的最根本的原因.基质吸力影响总粘聚力是非饱和土抗剪强度区别于饱和土抗剪强度的最根本原因.如何具体地计算含非饱和土层的土体工程的稳定、应力、沉降等问题是该文要解决的主要课题.首先要解决的是如何具体计算地下水头的分布.该文应用水头为基本变量编制了变饱和地下水渗流有限元计算程序,解决了复杂地层条件下求解地下水头分布的问题.其次,有了地下水头分布值,就必须利用地下水头分布值来求出地下各区域土体的总粘聚力值.该文针对粘土、砂土、砂类土建立了三种易于应用的简化双折线模型,解决了基质吸力与总粘聚力的函数关系.最后,利用非线性有限元计算程序ANSYS将总粘聚力作为参数输入材料模型中,进行具体计算.最后该文采用一个地下隧道开挖的具体算例,演示了求解的整个过程,证明了此方法行之有效,其结果显示非饱和土的稳定性受基质吸力的影响非常大.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1本项研究的工程背景和现实意义

§1.2相关的研究现状评述

§1.3本文的研究思路及主要研究内容

第二章饱和及非饱和渗流理论

§2.1引言

§2.2地下水基础知识

§2.3饱和地下水渗流运动方程

§2.4饱和地下水运动方程的定解条件

§2.5非饱和渗流水分运动的基本方程

§2.6非饱和渗流水分运动基本方程的定解条件

第三章渗流有限元理论及程序

§3.1引言

§3.2地下水渗流场数值模拟

§3.3变饱和渗流有限元程序简介

§3.4变饱和渗流有限元程序算例

第四章渗流场对地下工程土体工程性质的影响

§4.1引言

§4.2渗流场对土体工程性质的影响

4.2.1含水量变化对非饱和土体变形的影响

4.2.2含水量变化对非饱和土体抗剪强度的影响

4.2.3含水量变化对非饱和土体基质吸力的影响

4.2.4非饱和土体基质吸力对土体粘聚力的影响

§4.3小结

第五章有限元分析渗流对隧道开挖的影响

§5.1弹塑性分析原理

§5.2弹塑性问题的增量有限元理论

§5.3隧道有限元仿真模型建立的要点

§5.4隧道有限元仿真模型的建立及计算比较

5.4.1工程概况及降雨前后地下水头比较

5.4.2土体粘聚力的分布

5.4.3计算模型建立与计算

§5.5小结

第六章研究成果与展望

§6.1成果

§6.2存在的问题及展望

参考文献

致谢