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《非饱和土力学课程作业》
授课教师: 詹良通
姓名: 穆青翼
学号:
日期: 2012/6/25
非饱和土力学土坝渗流稳定分析
问题描述:
大坝截面图(1)
有一水库土坝,尺寸如图所示。现在水库中的水位从4m升至10m,整个水位上升用时100个小时,水位上升高度随时间函数关系如下图。
图(2)大坝水位上升时间曲线
大坝土吸力-体积含水量,吸力-渗透系数曲线如下图所示:
图(3)吸力-渗透系数曲线
图(4)吸力-体积含水量图
大坝土的力学参数指标如下表所示:
表1、大坝土物理参数指标
重度(kN/m3)粘聚力(Kpa)内摩擦角(°)172020试分析当水位由4m升至10m时,土坝中浸润面的变化情况,以及该土坝的稳定性?
问题求解
一、渗流分析求解:
1、4m初始水位稳态分析
(1)建模、网格划分及材料性质输入:
图1.1.1 最终建模结果
图1.1.2 吸力—渗透系数关系 图1.1.3 吸力—体积含水量关系
依据题述模型尺寸建立如上模型,其中材料土水特性如上图所示,网格为四边形—三角形混合形式,大小为1m。模型边界条件为左端红色线总水头4m,右边蓝色线边界条件为总流量0m3/s,右端底坡脚点边界条件为总水头0m,其余边界条件为软件默认不透水边界。
(2)模型计算结果:
图1.1.4 四米水位稳态分析
2、水位由4米升至10m瞬态分析:
(1)模型设置:
改变上述稳态模型的边界条件,按题述,设置左边红色边界为水位-时间函数关系,水位在前100小时按线性升高,100小时至19656小时,水位维持在10m,水位函数如下图所示:
图1.2.1水位随时间上升函数
(2)模型计算结果:
图1.2.2 0小时浸润面位置
图1.2.3 50小时浸润面情况
图1.2.4 100小时浸润面情况
图1.2.5 200小时浸润面情况
图1.2.6 300小时浸润面情况
图1.2.7 1000小时浸润面情况
图1.2.8 2000小时浸润面情况
图1.2.9 5000小时浸润面情况
图1.2.10 19656小时后浸润面情况
(3)计算分析
从上述浸润面计算结果可以看出,浸润面随水位升高不断变化,当100小时后水面达到稳定的10m,此时浸润面仍未达到稳定,根据计算结果分析,大约在1000小时左右,浸润面才达到稳定。
二、稳定分析
1、水位4米时土坝稳定分析:
稳定分析的模型轮廓与渗流分析相同,土坝选用摩尔—库伦模型,模型所需参数如下表所示:
重度(kN/m3)粘聚力(Kpa)内摩擦角(°)172020土坝稳定分析时的孔压为上稳态渗流分析结果。
计算结果:
(1)Mogenstern-Price法计算最优滑裂面结果:
(2)普通条分法计算结果:
(3)Bishop法计算结果
(4)Jian-bu法计算结果:
四种计算方法算的最优滑裂面的安全系数如下表所示:
计算方法Mogenstern-Price法普通条分法Bishop法Jian-bu法最小安全系数1.4631.4041.4611.390
从上述计算可知,四种计算方法最小安全系数在1.390—1.463之间,平均安全系数为1.430,可知在水位上升前土坝处于稳定状态。
2、水位升高后土坝稳定分析
稳定分析的模型轮廓与上述渗流分析相同,土坝选用摩尔—库伦模型,模型所需参数如下表所示:
重度(kN/m3)粘聚力(Kpa)内摩擦角(°)172020土坝稳定分析时的孔压为上次瞬态分析19656小时计算结果。
计算结果:
(1)Mogenstern-Price法计算最优滑裂面结果:
显示50条安全系数最小的滑裂面图:
(2)普通条分法计算结果:
显示50条安全系数最小的滑裂面图:
(3)Bishop法计算结果
显示50条安全系数最小的滑裂面图:
(4)Jian-bu法计算结果:
显示50条安全系数最小的滑裂面图:
(5)其他相关参数计算结果:
最优滑移体从上至下空隙水压力分布:
最优滑移体从上至下抗剪强度分布:
2、计算结果分析:
四种计算方法算的最优滑裂面的安全系数如下表所示:
计算方法Mogenstern-Price法普通条分法Bishop法Jian-bu法最小安全系数1.2371.1871.2571.273
四种计算方法最小安全系数范围为1.187—1.257,平均值为1.239,说明在水位升高过程中以及其后过程,土坝是稳定的。比较水位上升前其平均安全系数降低了
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