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降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性动态评价方法研究

作　者: 李跃
导　师: 杨永生
学　校: 中钢集团马鞍山矿山研究院
专　业: 采矿工程
关键词: 边坡稳定性 非饱和渗流 降雨入渗 基质吸力 可靠度 动态评价方法
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


大气降雨入渗坡体,诱发边坡破坏或泥石流发生已成为常见的工程灾害之一。应当承认,在边坡工程设计中,传统的稳定性评价和允许安全系数计算理论体系只考虑水固介质和饱和水的静水作用,而没有考虑降雨入渗造成的坡体内非饱和带孔隙水压力变化的影响,往往高估了安全系数设计值,这也是造成雨水偏多且集中地区边坡工程灾害发生的原因之一。有鉴于此,本研究旨在:(1)依据非饱和土力学理论,采用数值模拟方法,模拟不同降雨强度、不同持续时间和蒸发时间土坡体内基质吸力场实时状态,同时求得抗剪强度随降雨-蒸发全过程的实时值;(2)基于弹塑性理论,采用数值模拟方法,模拟不同降雨强度、不同持续时间和蒸发时间条件下边坡土体内应力-应变状态,即力学行为的响应特性;(3)根据传统极限平衡理论和可靠度理论,在特定条件的数值模拟结果时,求得不同降雨强度、不同持续时间和蒸发时间条件下边坡的评价指标——安全系数和破坏概率;(4)整合上述3个体系,首次构造并提出一个考虑降雨入渗条件的土质边坡稳定性动态评价方法,其实用于设计边坡计算和生产边坡管理。本研究以永平露天矿东帮上部土坡为工程背景,基于该边坡的工程地质、水文地质和水文条件,采用所提出的评价方法,进行了系统的稳定性分析,提供了一套完整评价指标,以做边坡工程管理决策的依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 问题的提出  8-10
  1.2 研究目的与意义  10
  1.3 研究的技术路线  10-12
  1.4 研究取得的主要成果  12
  1.5 研究的创新点  12
  1.6 论文的结构  12-14
第二章 文献评述  14-23
  2.1 现状与趋势  14
  2.2 非饱和渗流研究现状  14-15
  2.3 非饱和土抗剪强度理论研究现状  15-19
  2.4 非饱和土边坡稳定性分析方法综评  19-22
    2.4.1 传统边坡稳定性分析方法  19
    2.4.2 降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性研究现状  19-22
  2.5 入渗条件下非饱和土边坡稳定的可靠度理论研究  22-23
第三章 动态评价体系的建立  23-41
  3.1 概述  23
  3.2 入渗影响边坡稳定性基本理论  23-30
    3.2.1 土水势理论  24-25
    3.2.2 土水特征曲线  25-28
    3.2.3 渗透系数函数的确定  28-30
  3.3 非饱和渗流及降雨入渗的基本理论  30-32
  3.4 非饱和土的强度理论  32-35
  3.5 基质吸力时空形态的数值模拟  35-36
  3.6 基于非饱和土强度理论的应力-应变数值模拟  36
  3.7 评价指标——安全系数的确定  36-40
  3.8 土质边坡稳定性的动态评价方法的总体架构  40-41
第四章 工程应用实例与计算结果  41-69
  4.1 边坡工程地质模型与水文条件  41
  4.2 模拟过程的实现  41-49
    4.2.1 几个分析参数的设置  44-48
    4.2.2 定解条件的设置  48-49
    4.2.3 计算工况简介  49
  4.3 计算成果展示  49-69
    4.3.1 初始状态计算  49-50
    4.3.2 基质吸力计算结果  50-59
    4.3.3 应力-应变计算结果  59-67
    4.3.4 稳定性评价计算结果  67-69
第五章 动态分析评价  69-77
  5.1 基质吸力的时空形态  69-71
  5.2 应力-应变的响应特性  71-73
  5.3 边坡动态反应分析与评价  73-75
  5.4 饱和渗透系数对安全系数的支配作用  75-76
  5.5 最大基质吸力对稳定性状态的决定作用  76-77
第六章 入渗条件下的边坡可靠度分析  77-85
  6.1 概述  77-78
  6.2 统计矩法的基本原理及计算实现  78-79
    6.2.1 统计矩法的基本原理  78-79
    6.2.2 计算流程及实现  79
  6.3 边坡可靠度分析  79-85
    6.3.1 降雨入渗过程中边坡可靠度动态变化  82-83
    6.3.2 蒸发过程中边坡可靠度变化  83-85
第七章 结论与问题  85-87
  7.1 结论  85-86
  7.2 下一步研究展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-92

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 土力学
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