降雨入渗对红粘土土坡流变稳定性影响的研究

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土木工程中存在大量的工程土坡,其稳定性分析一直是工程人员研究的重点,土坡稳定性分析方法主要有两种:一是传统的定量分析方法,如工程类比法、极限平衡法等;二是数值分析方法,如有限差分法、有限元法等。因极限平衡法概念简单,能直接给出土坡稳定的安全系数值,所以在工程实际中被广泛运用。但是极限平衡法也存在诸多不足:将土体视为刚塑形体、不易考虑外界降雨等因素影响、计算前假定了滑面的形状和位置等。相比而言有限元法则灵活的多,其土的本构模型包括弹性模型、弹塑性模型和流变模型,其分析结果可得到土坡内任一点的应力、应变。实际工程表明,粘土具有很强的流变特性,特别是在长期降雨入渗情况下,其变形表现出独有的特征。每年3到5月是湖南的梅雨季节,诸多滑坡灾害与降雨后土流变特性的改变有关,因此研究降雨条件下流变粘土土坡稳定性这一课题显得必要而有意义。本文从流变学理论着手,通过室内土工试验,建立了红粘土的流变本构模型,应用ABAQUS有限元软件,分析红粘土土坡的稳定性,主要内容及结论如下:1.通过分析湘大体育馆附近红粘土土坡历次滑坡灾害,发现在降雨条件下土坡变形表现出明显的流变特性,所以进行红粘土室内常规试验,分析红粘土的物理力学特性,然后应用流变学理论,建立能够准确反映红粘土粘弹塑性性质的流变本构模型。2.收集体育馆附近红粘土土坡所处区域的水文气象、地质构造、地形地貌等资料,结合土体流变本构模型,通过ABAQUS有限元软件,建立了降雨入渗条件下考虑土体流变特性的红粘土土坡稳定性分析模型。3.设计粘滞系数、降雨强度、渗透系数等土坡稳定性影响因素的正交试验方案,通过ABAQUS有限元软件模拟,分析各参数对土坡稳定性的影响。分析得到四个因素对土坡影响程度为:泊松比>渗透系数>粘滞系数>降雨强度。4.根据正交试验结果,以土坡关键点位移为目标函数,通过ABAQUS模拟,得到了土坡在降雨等影响因素下关键点的最大位移、最小位移。对比两种试验方案的关键点位移-时间曲线,得到关键点位移变化特征。分析结果表明:在文中设计的工况下,关键点表现出衰减蠕变特征,土坡最后趋向于稳定状态。5.最后建立修整后的梯形土坡模型,在相同的影响因素及水平下,比较梯形土坡和原状土坡关键点位移,分析结果表明:修整为阶梯状后,红粘土土坡的稳定性增强。
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