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渗流引起的土体稳定性问题一直是岩土工程界的热点问题,普遍存在于天然边坡、人工边坡、路堤、土石坝等工程项目中。传统的渗流计算仅仅考虑饱和区域的水流运动而忽略非饱和区,事实上浸润线以上的非饱和区域同样存在着渗流,而且有时起着重要的作用,这是由于基质吸力的存在造成了非饱和土与饱和土性质的巨大差别。因此,把饱和土与非饱和土作为一个整体来研究渗流问题是很有必要的。
本文根据饱和—非饱和渗流基本理论和有限元原理,对饱和—非饱和渗流的特点进行了分析,并结合工程实例进行计算研究。论文的主要内容包括:
1、根据有限元原理首先从理论上解释了非饱和区也会发生渗流,并采用有限元软件对均质坝和心墙坝进行了算例分析,指出由于基质吸力产生的虹吸作用,使得浸润线上部的非饱和区的渗流也能起到重要的作用。
2、考虑非饱和区渗流的影响,分别在稳定渗流中与非稳定渗流的情况下,讨论单宽流量、渗透坡降、逸出高度及浸润线的变化情况,得出了考虑非饱和区的渗流在某些情况下会影响到坝体的安全、尤其是对心墙的稳定性造成危害的重要结论。
3、对高心墙土石坝的渗流场和应力场的耦合进行了初步的分析,并应用umat子程序对土石坝进行计算,探论了坝体在水压力和重力作用下的变形情况,初步分析了渗流场和应力场的相互影响。
4、分析了降雨入渗条件下孔隙水压力对边坡稳定的影响,证实了非饱和土的基质吸力使得土体的强度提高,有利于边坡的稳定,并通过算例分析了降雨入渗时边坡的位移场及应力场的变化情况。