非飽和土力學(xué)作業(yè)(共14頁(yè))

1、 非飽和土力學(xué)課程(kchng)作業(yè) 授課(shuk)教師： 詹良通 姓名(xngmng)： 穆青翼 學(xué)號(hào)： 21112085 日期： 2012/6/25 非飽和土力學(xué)土壩滲流穩(wěn)定(wndng)分析問(wèn)題(wnt)描述：大壩(d b)截面圖（1）有一水庫(kù)土壩，尺寸如圖所示。現(xiàn)在水庫(kù)中的水位從4m升至10m，整個(gè)水位上升用時(shí)100個(gè)小時(shí)，水位上升高度隨時(shí)間函數(shù)關(guān)系如下圖。圖（2）大壩水位上升時(shí)間曲線大壩土吸力-體積含水量，吸力-滲透系數(shù)曲線如下圖所示：圖（3）吸力(xl)-滲透系數(shù)曲線圖（4）吸力(xl)-體積含水量圖大壩(d b)土的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)如下表所示：表1、大壩土物理參數(shù)指標(biāo)重度（kN/m

2、3）粘聚力（Kpa）內(nèi)摩擦角（）172020試分析當(dāng)水位由4m升至10m時(shí)，土壩中浸潤(rùn)面的變化情況，以及該土壩的穩(wěn)定性？問(wèn)題(wnt)求解(qi ji)一、滲流(shn li)分析求解：1、4m初始水位穩(wěn)態(tài)分析（1）建模、網(wǎng)格劃分及材料性質(zhì)輸入：圖1.1.1 最終建模結(jié)果 圖1.1.2 吸力滲透系數(shù)關(guān)系 圖1.1.3 吸力體積含水量關(guān)系依據(jù)題述模型尺寸建立如上模型,其中材料土水特性如上圖所示，網(wǎng)格為四邊形三角形混合形式，大小為1m。模型邊界條件為左端紅色線總水頭4m，右邊藍(lán)色線邊界條件為總流量0m3/s，右端底坡腳點(diǎn)邊界條件為總水頭0m，其余邊界條件為軟件默認(rèn)不透水邊界。（2）模型(mxng)

3、計(jì)算結(jié)果：圖1.1.4 四米水位(shuwi)穩(wěn)態(tài)分析2、水位(shuwi)由4米升至10m瞬態(tài)分析：（1）模型設(shè)置：改變上述穩(wěn)態(tài)模型的邊界條件，按題述，設(shè)置左邊紅色邊界為水位-時(shí)間函數(shù)關(guān)系，水位在前100小時(shí)按線性升高，100小時(shí)至19656小時(shí)，水位維持在10m，水位函數(shù)如下圖所示：圖1.2.1水位隨時(shí)間上升函數(shù)（2）模型計(jì)算結(jié)果：圖1.2.2 0小時(shí)浸潤(rùn)(jnrn)面位置圖1.2.3 50小時(shí)(xiosh)浸潤(rùn)面情況圖1.2.4 100小時(shí)(xiosh)浸潤(rùn)面情況 圖1.2.5 200小時(shí)浸潤(rùn)面情況 圖1.2.6 300小時(shí)(xiosh)浸潤(rùn)面情況 圖1.2.7 1000小時(shí)浸潤(rùn)(jnr

4、n)面情況 圖1.2.8 2000小時(shí)浸潤(rùn)(jnrn)面情況 圖1.2.9 5000小時(shí)浸潤(rùn)面情況 圖1.2.10 19656小時(shí)后浸潤(rùn)(jnrn)面情況（3）計(jì)算(j sun)分析從上述(shngsh)浸潤(rùn)面計(jì)算結(jié)果可以看出，浸潤(rùn)面隨水位升高不斷變化，當(dāng)100小時(shí)后水面達(dá)到穩(wěn)定的10m，此時(shí)浸潤(rùn)面仍未達(dá)到穩(wěn)定，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，大約在1000小時(shí)左右，浸潤(rùn)面才達(dá)到穩(wěn)定。二、穩(wěn)定分析1、水位4米時(shí)土壩穩(wěn)定分析：穩(wěn)定分析的模型輪廓與滲流分析相同，土壩選用摩爾庫(kù)倫模型，模型所需參數(shù)如下表所示：重度（kN/m3）粘聚力（Kpa）內(nèi)摩擦角（）172020土壩穩(wěn)定分析時(shí)的孔壓為上穩(wěn)態(tài)滲流分析結(jié)果。計(jì)算結(jié)

5、果：（1）Mogenstern-Price法計(jì)算最優(yōu)滑裂面結(jié)果：（2）普通條分法計(jì)算結(jié)果：（3）Bishop法計(jì)算結(jié)果（4）Jian-bu法計(jì)算結(jié)果：四種計(jì)算方法算的最優(yōu)滑裂面的安全系數(shù)(nqun xsh)如下表所示：計(jì)算方法Mogenstern-Price法普通條分法Bishop法Jian-bu法最小安全系數(shù)1.4631.4041.4611.390從上述(shngsh)計(jì)算可知，四種計(jì)算方法最小安全系數(shù)在1.3901.463之間，平均(pngjn)安全系數(shù)為1.430，可知在水位(shuwi)上升前土壩處于穩(wěn)定狀態(tài)。2、水位升高后土壩穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析的模型輪廓與上述滲流分析相同，土壩選用摩爾

6、庫(kù)倫模型，模型所需參數(shù)如下表所示：重度（kN/m3）粘聚力（Kpa）內(nèi)摩擦角（）172020土壩穩(wěn)定分析時(shí)的孔壓為上次瞬態(tài)分析19656小時(shí)計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果：（1）Mogenstern-Price法計(jì)算最優(yōu)滑裂面結(jié)果：顯示50條安全系數(shù)最小的滑裂面圖：（2）普通條分法計(jì)算結(jié)果：顯示(xinsh)50條安全系數(shù)(nqun xsh)最小的滑裂面圖：（3）Bishop法計(jì)算結(jié)果顯示(xinsh)50條安全系數(shù)最小的滑裂面圖：（4）Jian-bu法計(jì)算結(jié)果：顯示(xinsh)50條安全系數(shù)(nqun xsh)最小的滑裂面圖：（5）其他(qt)相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果：最優(yōu)滑移體從上至下空隙水壓力分布：最優(yōu)滑

7、移(hu y)體從上至下抗剪強(qiáng)度分布： 2、計(jì)算結(jié)果分析(fnx)：四種(s zhn)計(jì)算方法算的最優(yōu)滑裂面的安全系數(shù)如下表所示：計(jì)算方法Mogenstern-Price法普通條分法Bishop法Jian-bu法最小安全系數(shù)1.2371.1871.2571.273四種計(jì)算方法最小安全系數(shù)范圍為1.1871.257，平均值為1.239，說(shuō)明在水位升高過(guò)程中以及其后過(guò)程，土壩是穩(wěn)定的。比較水位上升前其平均安全系數(shù)降低了0.192從上述沿邊坡從上至下孔壓分布可以看出，在距離邊坡頂部約9m的地方孔壓開(kāi)始為正，其后孔壓隨距離先增大在減小至零，大約在距離邊坡頂部20m處孔壓達(dá)到最大值42Kpa。從上述(shngsh)沿邊(yn bin)坡從上至下抗剪強(qiáng)度分布(fnb)可以看出，在孔壓由負(fù)變?yōu)檎狞c(diǎn)，抗剪強(qiáng)度有一個(gè)峰值，此外在孔壓最大點(diǎn)，抗剪強(qiáng)度也有一個(gè)峰值，且此峰