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降雨入渗对土石混合体边坡稳定性影响机理研究

作　者: 吴小策
导　师: 傅鹤林
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 降雨入渗边坡稳定性土石混合体流固耦合损伤数值模拟
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 317次
引　用: 5次
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内容摘要

降雨入渗对土石混合体边坡稳定性的影响,是公路、铁路、水利、能源工程建设中必须要考虑和研究的问题。目前基于损伤理论对土石混合体边坡考虑流固耦合作用的试验研究和理论方法还不尽完善,尤其在损伤-流固耦合数学模型的研究方面仍亟需作大量的研究工作。对此本文结合国家自然科学基金(50878213)、交通部重点项目(2003-318-802-01)、湖南省交通厅项目(200506),针对降雨对土石混合体边坡稳定性影响展开了下面研究工作：1)通过人工降雨模拟试验,探讨了降雨入渗诱发下的土石混合体滑坡的失稳机理。2)通过引入损伤理论,使得在研究土体微观结构的破损过程以及边坡失稳过程更加切合实际。在前人的研究基础上,探讨了适用于土石混合体的损伤函数,并推导了基于损伤理论的Mohr-Coulomb模型。3)在前人提出的流固耦合模型的基础上,提出了基于损伤理论的土石混合体在流-固耦合作用下损伤函数ω和渗透系数K的动态计算模型。探讨了降雨入渗情况下,土石混合体边坡渗流场和应力场的相互作用的耦合机理,并通过引入损伤理论分析了应力场对渗透系数的影响以及渗流场引起渗透体积力对应力场的影响,探讨了基于损伤比ω的土石混合体流-固耦合的数学模型。4)基于不同的损伤比应用FLAC3D对土石混合体边坡进行流固耦合数值模拟,分析损伤比和降雨时间对土石混合体应力场、位移场、渗流场的影响,并总结了降雨入渗对土石混合体边坡稳定性影响的规律。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 损伤力学国内外研究现状  9-11
  1.3 岩土材料流-固耦合国内外研究现状  11-13
  1.4 本文研究内容  13-14
第二章土石混合体边坡失稳现场试验结果分析  14-26
  2.1 土石混合体边坡失稳的现场试验  14-20
    2.1.1 试验地点的选定  14-17
    2.1.2 监测内容和测点布置  17-20
  2.2 土石混合体边坡失稳的现场试验的初步分析  20-25
    2.2.1 坡面裂隙监测  20
    2.2.2 测斜监测  20-23
    2.2.3 孔隙水压力监测  23-25
    2.2.4 滑动面形状  25
  2.3 本章小结  25-26
第三章降雨入渗影响土石混合体边坡稳定性的理论分析  26-44
  3.1 降雨入渗对土石混合体边坡作用机理分析  26-29
    3.1.1 水土化学作用  26-28
    3.1.2 水土物理作用  28
    3.1.3 入渗力学作用  28-29
  3.2 岩土损伤的基本理论  29-32
    3.2.1 岩土损伤概述  29-30
    3.2.2 岩土损伤理论  30
    3.2.3 损伤的Mohr-Coulomb模型  30-32
  3.3 土石混合体的损伤-流-固耦合数学模型  32-43
    3.3.1 模型的基本假定  32-33
    3.3.2 损伤函数ω和渗透系数K的计算模型  33-35
    3.3.3 渗流场影响下的应力场方程  35-38
    3.3.4 应力场影响下的渗流场方程  38-40
    3.3.5 定解条件  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章降雨入渗影响土石混合体边坡稳定性的数值模拟  44-72
  4.1 引言  44
  4.2 降雨边坡的数值模拟方法  44-52
    4.2.1 FLAC3D计算程序简介  44-45
    4.2.2 FLAC3D的流固耦合计算原理  45-46
    4.2.3 FLAC3D渗流分析中涉及到的参数  46-49
    4.2.4 FLAC3D流固耦合分析过程  49-52
  4.3 降雨对边坡稳定性影响的数值模拟  52-71
    4.3.1 工程概况  52-53
    4.3.2 边界条件及初始应力场  53-54
    4.3.3 模拟结果及分析  54-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章结论与展望  72-74
  5.1 主要结论  72-73
  5.2 展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读硕士期间发表论文和科研工作情况  78

降雨入渗对土石混合体边坡稳定性影响机理研究

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