考虑渗流作用的经典土坡稳定分析方法

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目前在边坡工程治理中,在如何正确考虑处理渗流作用对边坡稳定性的影响方面存在诸多问题,本文就该问题展开研究工作。深入剖析了渗流作用力的特征,得到土坡稳定分析中的一个重要法则:采用渗透力时必须与土的浮重相平衡,采用周围孔隙水压力时必须与土的饱和重相平衡。在稳定分析计算时,可以把多个边界水压力用单一的体积力即渗透力来代替,使问题得以简化。根据各向受力平衡分析,论证了水土分算与水土合算的等效性。以宏观土条和微观流网微单元为研究对象,应用等势线上测压水头相等的原理,确定土条和流网微单元边界上孔隙水压力分布,将水重与边界孔隙水压力在互相正交的两个方向分解后再合成,得到该合力在方向、大小和作用点上等同于渗透力,定量论证了饱和土体受外部水压力等效于土骨架受浮重及渗透力。在Fellenius法、简化Bishop法和Janbu法的改进分析过程中明晰了孔隙水压力与渗流力的区别,当以水土混合体为研究对象时考虑土体周围孔隙水压力,以土骨架为研究对象时考虑渗流力,避免重复考虑渗流力的作用,正确处理了边界力与体积力的关系。正确匹配了水土作用力,用孔隙水压力时必须与土的饱和重相平衡,用渗流力时必须与土体浮重相平衡。在考虑土条侧面受到的水压力时,按照流线与等势线相互垂直的流网性质去确定条块浸润线以下侧面水压力分布和底面水压力分布。揭示了在极限平衡条分法中渗流作用对土条的作用机理,在改进分析过程中,根据严格的数学推导证明了渗流作用下以水土混合体为研究对象和以土骨架为研究对象两种分析方法在本质上是一致的。针对本文提出的渗流作用下的经典土坡方法编制了相应的Fortran语言计算程序,选择经典算例进行了分析验证,对其他已有的渗流作用简化考虑方法进行了剖析,分析指出这些方法的不足或者错误之处,对比分析结果再次论证了本文理论方法的正确性和有效性。
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