降雨非正交入渗条件下非饱和土边坡渗流场及稳定性分析

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边坡工程在土木工程领域几乎涉及,同时其稳定性问题也是许多学者研究的一大热点课题。但是近年来,人们对降雨入渗的不断的深入研究以及通过相关的降雨试验和数值分析已经表明了传统的降雨正交入渗边界在降雨入渗条件下非饱和土边坡分析中存在着不足之处。因此,探究降雨非正交入渗条件下雨水对非饱和土边坡的入渗规律,这对真实有效地预测降雨条件下边坡稳定性具有十分重要的指导意义。本文在饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论的基础上,综合考虑非正交雨水入渗边界,分析不同降雨条件下边坡内部渗流场的变化,根据计算出来的瞬态渗流场结果并利用非饱和土抗剪强度理论,对边坡的瞬态稳定性进行分析。为了研究以上问题,本文作了以下工作:(1)运用饱和-非饱和土渗流理论,基于能量守恒定律及达西定律,推导出饱和-非饱和渗流微分方程,并依据降雨非正交入渗边界,给出雨水入渗量的处理办法。利用有限元方法推导降雨条件下饱和-非饱和渗流有限元Galerkin解,通过编制程序TU-2Dseep对雨水非正交入渗条件下的边坡渗流场进行研究,分析了渗流场中孔隙水压力分布,从而得到雨水入渗的规律。(2)运用非饱和土抗剪强度理论,对极限平衡条分法进行改进,以及对孔隙水压力如何影响土体重量的变化进行处理,建立适合饱和-非饱和土质边坡的稳定分析的改进条分法。(3)运用有限元程序TU-2Dseep分析降雨强度、降雨持时、降雨类型、土体条件以及初始孔隙水压力分布等不同降雨条件下边坡内部的瞬态渗流场,得到相应的瞬态孔隙水压力分布图。以边坡瞬态分析所得渗流场为依据,对边坡在以上降雨条件下的稳定性进行计算,得出不同降雨条件下边坡的瞬态稳定安全系数。本文依据程序TU-2Dseep系统的探讨了边坡在不同降雨条件下的边坡渗流场变化规律及渗流场变化对边坡稳定性的影响,从而对降雨引发非饱和土边坡失稳的机理和规律有了进一步的认识,可为对多雨地区的非饱和土边坡稳定分析、滑坡灾害预报和边坡治理等方面提供有用的参考数据,具有一定的理论意义和实用价值。
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