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文档格式:PDF | 页数:4 | 浏览次数:198 | 上传日期:2013-10-15 14:52:34 | 文档星级:
第 !" 卷第 # 期&’()!" *’)#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 %$ 月?0;) !$$"+,-./012 3/ 4031/01 ./, 5106/’(’7!8 ’9 :.;1< =12’><012作者简介: 周桂云 (%@A% —),女,江苏姜堰人,博士研究生,从事裂隙岩体渗流研究。 BCD.3(: 7>38>/E6’>F66>) 1,>) 0/裂隙岩体边坡稳定性的渗流与应力耦合分析周桂云%,李同春%,金鹏飞!(% ) 河海大学水利水电工程学院,江苏 南京!%$$@A; !) 上海市水务局,上海!$$$G$)摘要: 用 裂隙岩体渗流与应力耦合分析的四自 由度全耦合法对岩质边坡进行耦合分析, 通过强度折减有限元法求解岩体边坡的稳定安全系 数。 四自 由度全耦合法建立了 同 时以渗流水压和位移为未知量的耦合方程组, 使得渗流场与应力场的求解能够一次性完成, 与两场交叉迭代分析方法相比达到了 彻底的完全耦合。 通过强度折减, 整个系 统达到不稳定状态, 有限元计算将不收敛, 此时的折减系 数就是安全系 数。 算例表明由此求得的边坡稳定安全系 数和滑动面都与传统方法十分接近。关键词: 裂隙岩体; 岩质边坡; 渗流; 应力; 耦合分析; 强度折减; 有限元法文献标识码: +中图分类号: 5HG#I文章编号:%$$"!I"GI (!$$")$#!$$!!!$G!""#$%"&’()"’’ *+,#-". $/$-0’1’ +2 ’($31-1(0 +2 21’’,)". )+*4 5$’’ ’-+#"66JK?H L>3C8>/%, MN 5’/7C06>/%, ON* P1/7C913!(% ! "#$$%&% #’()*%+ "#,-%+.),/0 ),1 201+#3#4%+ 5,&6,%%+6,&, 2#7)6 8,6.%+-6*0, 9),:6,& !%$$@A, "76,); !! ;7),&7)6 <=+%)=#’()*%+ >),)&%?%,*, ;7),&7)6 !$$$G$, "76,))73’()$*(: Q’>< ,17<11C’9C9<11,’D 0’DR(1;1(8 0’>R(1, D1;6’, 32 >21, 9’< 0’>R(1, ./.(8232 ’9 ;61 <’0S 2(’R1, ./, ;61 2.91;8 9.0;’<’9 ;61 <’0S 2(’R1 32 0.(0>(.;1, T8 >21 ’9 ;61 2;<1/7;6 <1,>0;3’/ QBU) :3;6 ;61 9’>< ,17<11C’9C9<11,’D 0’DR(1;1(8 0’>R(1, D1;6’,,0’>R(1, 1V>.;3’/2 .<1 ,1-1(’R1, W3;6 ;61 211R.71 R<122><1 ./, ,32R(.01D1/; ;.S1/ .2 >/S/’W/ -.<3.T(12, W6306 D.S1 ;61 211R.71931(, ./, 2;<122 931(, T1 2’(-1, 23D>(;./1’>2(8 ./, ’-1<0’D1 ;61 26’<;0’D3/7 ’9 ;61 0’/-1/;3’/.( D1;6’, W61<1 ;61 ;W’ 931(,2 .<1.(;1</.;1(8 ./.(8E1,) 56<’>76 2;<1/7;6 <1,>0;3’/, ;61 W6’(1 282;1D <1.0612 ./ 3/2;.T(1 2;.;1, ./, ;61 0.(0>(.;1, <12>(; T8 ;61 QBU32 /’; 0’/-1<71/;) N/ ;632 W.8, ;61 2.91;8 9.0;’< 32 ’T;.3/1, T8 /@!<1,>0;3’/ 2;<1/7;6 .(7’<3;6D) X.21 2;>,8 26’W2 ;6.; ;61 2.91;89.0;’< ./, 2(3R 2><9.01 ’9 ;61 2(’R1 ’T;.3/1, T8 ;632 D1;6’, 32 9.3<(8 0(’21 ;’ ;61 <12>(; ’9 ;61 0’/-1/;3’/.( D1;6’,)8"0 9+).’: 9322><1, <’0S D.22; <’0S 2(’R1; 211R.71; 2;<122; 0’>R(1, ./.(8232; 2;<1/7;6 <1,>0;3’/; QBU边坡岩体由于受到风化、 地质构造变化等的长期作用,节理裂隙相当发达,成为水体渗流的主要通道和储水空间。 应力场的作用导致裂隙几何特性的改变,从而影响渗流量改变渗流。鞒〉谋浠ü谋渖柑寤Χ杂αΤ〔跋, 这种相互影响作用即称之为耦合作用。 应力场的分布将影响岩体结构,引起岩体中地下水性态的改变,最终影响岩体的稳定性。 水利工程中 U.(R.221; 拱坝初次蓄水全坝突然溃决, &.Y3’/; 滑坡随水库水位上升滑动速度加快等,这些事实和教训说明地下水对边坡稳定有着重要影响,而且应考虑其动态的耦合影响。目前在岩质边坡稳定性的渗流与应力耦合分析时,常用的是两场迭代分析[%]。 即先通过渗流场计算求得各单元结点的水头值, 进而求出相应的渗流体积力和等效结点力, 并将它叠加到与初始应力相应的荷载项上,求得应力值后再用应力和渗透系数之间的关系 (即主要的耦合关系) 来修正渗透系数,并按上述步骤进行重复计算, 经过多次迭代趋于稳定。 此法工作量大, 且带有近似性, 并非真正的耦合。 本文将裂隙岩体渗流与应力耦合分析的四自由度全耦合法[!]用于岩体边坡稳定性分析中, 建立同时以结点位移和孔隙水压力为未知量的方程组, 同时考虑了渗流场和应力场的变化。 在求解岩质边坡的稳定安全系数时, 将土工弹塑性有限元数值分析中的强度折减系数概念用于裂隙岩体中, 即强度折减法。 强度折减法克服了传统方法中需事先确定滑动面的困难,且可以考虑岩质边坡破坏的渐进过程。:基本方程的建立:;:水流连续性方程由于岩质边坡表面风化层对入渗速度的控制,可假设为有自由面的稳定渗流, 并忽略裂隙岩体介质的压缩性。 由质量守恒定律, 可得稳定渗流的水流连续性方程为[Z]?!!?水利水电科技进展, !$$", !" ( #)A%$: $!#!AZIA"ZZ#5@?)6$: :BF 77= ! %1= ! /,7**3: CCDDE ! 77= ! %1= ! /,

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