流固耦合下的边坡稳定分析

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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。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。对于流固耦合问题,研究人员提出了多种简化方法:代替容重法和静水压力法等。但是这些简化方法与实际情况还是存在一定的差距。在实际情况中,渗流场与应力场是相互影响的:渗流场改变着土体的力学性质,导致土体应力重新分配;土体应力又作用于土体骨架导致土体孔隙比的变化,孔隙比的变化直接影响着渗透系数,就这样渗流场与应力场相互作用影响。所以研究流固耦合问题对边坡稳定的影响具有一定的现实意义。应用有限元方法研究流固耦合问题已取得了一定成果,但是对于存在介入物情况的流固耦合问题的研究还存在着空白,我们假定这种介入物为具有一定渗透能力的管,研究在它的作用影响下,渗流场和应力场耦合情况下的土体边坡稳定问题。本文以土体边坡稳定性分析理论、渗流场分析理论和渗流-管流等效渗透系数理论为基础,结合有限元强度折减原理,以模型发生位移突变、土体形成塑性贯通区为边坡失稳评判标准,建立有限元模型,对比分析ABAQUS软件模拟的可行性与合理性。在此基础上,以实际工程为算例,对其进行了模拟分析。最后,分析了粘聚力、内摩擦角、坡率等影响因素对边坡稳定性的影响,给出了实际工程中对流固耦合问题进行简化计算的可忽略条件。
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