流固耦合下地边坡稳定分析.pdf

6．2展望……．．．…………………………………．．．．．60 参考文献．．………．．．……………………………………．．62 个人简历、发表论文及参与科研………………………………．．65 致谢……………………………………………………．．66 VI 1绪论 1 绪论 1．1研究的背景及其意义 当前，我国正处于社会主义经济蓬勃发展的时期，为了改善民生以及对高速 的经济发展提供可持续的支持与保障，我国必须加强和健全基础设施建设。其中 很重要的一方面就是加强水利及其相关方面的投资与建设。我国“十二五期间 水利方面总投资1．8万亿元，当前和今后一段时期是新一轮大规模水利建设的重 要时期。我国国土面积辽阔、地理情况多样复杂并且水资源分布不均，导致我国 急需建立很多重大的水利工程项目，如水库工程、灌排渠道工程、引水调水工程 等。这些重大的水利项目是社会经济发展的必要基础，起着保障和改善民生的重 要作用。而水库工程、引水调水工程等大规模的基础建设都必须面对各式各样的 边坡稳定问题。水利工程的边坡稳定问题影响着整体工程的可行性、安全性与合 理性，决定着整个工程的成败。边坡稳定问题可谓是水利工程成败的关键。 在边坡稳定的种种影响因素中，流固耦合问题是工程技术人员和学者们研究 的重点，也是难点。在水利水电、道桥、岩土、建筑工程等方面都会遇到流固耦 合问题。目前，绝大多数水利工程的设计过程中，对于流固耦合问题大多是单独 进行分析的。往往是先分析渗流场，在此基础上再进行土体稳定的分析。在研究 初期，由于技术和理论的限制，我们利用这种方法进行简化模拟。但是在严格意 义上，这种方法有着一定的缺陷，因为流固耦合从本质上说是一个相互作用的过 程。对于水与土体颗粒之间的流固耦合问题的研究，很多工程技术人员和学者都 取得了不同程度的成果，比如流固耦合的各种主要影响因素。但是，由于工程实 际情况的繁杂性、科研技术人员的紧缺，导致还有很多领域存在着空白，人们并 未对其进行深入的研究。比如，土体中存在某些介入物，这些介入物不仅仅是放 在土体中，而是对土体会造成一定的影响。在实际工程中，很多大型水利水电工 程由于抗浮的需要，都要用大量的渗水管排出地下水。这种渗水管就是一种介入 物，它的管壁上有着小孔，可以使地下水体渗入到管中。由于它存在着一定的渗 透能力，所以会对土体中的渗流场起到一定的影响。目前，我国正在兴建的南水 北调工程，由于抗浮的需要，在渠道以下埋入这种渗水管，以排降地下水。本文 研究，存在渗水管的情况下，渗流场与应力场的耦合作用，并对此进行边坡稳定 分析。 1．2国内外研究现状分析 1绪论 1．2．1边坡稳定理论现状 边坡稳定问题一直是岩土工程中倍受关注的课题，边坡稳定就是边坡保持不 发生滑移、变形和坍塌的安全稳定的状态。边坡在正常情况下是处于稳定状态的， 常常因为人为的或自然条件的影响，导致边坡中某些部位的抗剪强度小于土体的 下滑力，从而产生微小的滑移。这些微小的滑移随着时间继续变化发展，直到边 坡土体发生裂隙并且继续发展、深入、加宽，直至剪切贯通整体下滑【¨。人们对 边坡稳定性研究最早开始于滑坡现象，随着近代工业革命的兴起，大兴土木，但 也诱发了大量的边坡失稳现象，危机了人民生命财产安全，造成了相当大的损失。 而我国是受边坡失稳危害最严重的国家之一。所以，研究实际工程中影响边坡失 稳的因素有着极为现实的意义。 边坡稳定分析的方法具体可以分为确定性分析法和不确定分析法。具体如 下： 一、确定性分析方法 所谓的确定性分析法是指：假定边坡所能承受的极限荷载和它所受外力之比 大于某个允许值，那么边坡土体是安全的。确定分析方法将边坡稳定的各影响因 素定量考虑。在众多边坡稳定分析方法中，确定性分析法是其最基本的分析方法。 确定性分析方法包括极限平衡法和数值分析法。 极限平衡法【2】 ． 极限平衡法是工程实践中应用最广泛的方法。现在它已经在体系上很成熟 了。通常情况，极限平衡法会将整个土体分成若干土条，再应用静力平衡和摩尔 ．库仑破坏准则去建立土体滑移的平衡方程，通过复杂的求解过程，可以算出边 坡稳定的安全系数。这种方法有着自身的优缺点：它受基本原理的影响所以它不 够智能和精确，在这种方法中土体被看做是刚性的，它没有考虑土体