考虑渗流应力耦合的双强度折减边坡稳定性研究

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边坡的稳定性问题是岩土工程领域最为经典的三大问题的之一。在进行边坡的稳定性分析的过程中,由于传统的极限平衡法不能够准确全面的考虑和描述土体的各种荷载及在荷载作用下边坡稳定性的变化规律,所以利用计算机技术进行非线性有限元求解的强度折减有限元法被采用到边坡稳定性分析中,其在计算过程中能够较好的反应边坡岩土体的本构模型及屈服准则,导致其渐渐成为研究边坡稳定性的主要方法。大多数边坡失稳导致的滑坡事故,其产生原因都是由于地下水渗流导致边坡岩土体性质发生改变造成的,所以有必要对地下水渗流作用下的边坡稳定性进行研究。本文在对前人已有的研究成果进行总结的基础上,利用ANSYS软件对边坡进行稳定性分析,主要从以下四个方面进行边坡稳定性分析过程中的相关研究和探讨:(1)不同的边坡安全系数定义方式其物理意义是不同,考虑采用强度折减法的计算过程中其本质是对边坡所具有强度进行折减计算,采用基于强度储备的安全系数定义方式更加符合计算实际。在采用有限元强度折减法计算边坡安全系数的过程中,对常用的边坡稳失稳判据进行了讨论选取。通过建模计算对比分析,选取了有限元强度折减过程中边坡水平最大位移突变为主要判断依据,塑性区贯通为辅助依据的边坡失稳判断方法。(2)考虑双强度折减法更加符合现实边坡发生失稳过程中边坡岩土体材料的强度变化情况,在进行双强度折减法计算边坡稳定性的过程中,发现采用不同折减比k对边坡进行双强度折减会有不同的临界状态强度参数,当采用粘聚力和内摩擦角代表边坡强度时,根据“强度面积”这一概念,推导出基于“强度面积”的双强度折减法边坡安全系数计算式,并通过与常用的几种计算表达式进行比较,求解了该式对应的折减比k的适用范围。(3)考虑到稳态热分析与稳定渗流分析在理论、定解条件等方面的相似性,说明ANSYS中热分析模块是可以运用到边坡渗流分析中。详细分析了在考虑流固耦合的情况下应力场和渗流场的相作用机理,得出了边坡在流固耦合作用下的数学模型与有限元的数值计算公式,为流固耦合情况下对边坡采用双强度折减法的进行稳定性分析提供了数值计算依据。(4)结合湖北兴山蒋家淌滑坡治理的工程前后的工程概况,建立二维的典型边坡界面模型,计算分析边坡在治理前后自然状态下、暴雨饱和状态边坡的稳定性情况,分析发现渗流对边坡的稳定性影响明显。同时通过对治理后的监测数据进行分析说明滑坡治理达到了效果。
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