强降雨作用下土质边坡三维有限元仿真分析研究——以江西东津水电站为例

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由于当前人类活动的影响和气候的极端变化,滑坡已经成为影响人类社会生命财产安全的重大灾害之一,而降雨又是滑坡的主要的诱因之一。诸多学者都涉足于这一热门课题,尤其是降雨条件下滑坡的渗流场与应力场的耦合分析,合理分析渗流场与应力场耦合对滑坡稳定性有着至关重要的意义。本文从以下几个方面做了研究:   本文首先分析了降雨入渗对土质边坡稳定性的影响,进而总结了土质边坡滑坡的研究方法,而后总结归纳了近五十多年来,各国学者在饱和非饱和渗流和渗流场应力场两场耦合中的研究历程及成果;   然后本文简要介绍所采用的大型有限元软件的模块构成和分析原理并对该软件在岩土工程中的常用单元和本构模型进行论述,还对本文在分析边坡时所使用的强度折减法在该软件中的实现的基本原理以及收敛准则进行论述;进而从连续方程出发,得出其饱和非饱和的单元渗流方程,并阐述了其定解条件、降雨入渗边界条件、流量边界列阵、非饱和逸出面边界处理方法;   再次本文通过对两场耦合的理论的分析,得出其在耦合方式上的分类为直接耦合和间接耦合,并阐述了本文所用有限元软件在流固耦合中的计算原理;   最后本文以江西省东津水电站溢洪道左岸边坡为实例建立与实际工程案例相关的三维有限元模型,在既存在应力场又存在渗流场的前提下,分析降雨对饱和非饱和土质边坡的饱和度(浸润线)、基质吸力、孔隙水压力、沉降、水平位移、总位移、应力、塑性应变的影响,得出了在强降雨作用下土质边坡饱和度(浸润线)、孔隙水压力、总位移、水平位移、沉降、应力、塑性应变的变化规律。进而用强度折减法分析在降雨入渗情况下边坡的稳定性,并得出该边坡所能承受的最大降雨量。   本文所建立的模型,以及在饱和非饱和渗流和渗流场应力场两场耦合中所获得的成果,对以后的边坡降雨入渗下的边坡稳定问题的研究具有积极作用,也为以后类似工程问题的研究提供参考依据。
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