基于土体流变特性的库岸堆积体斜坡失稳机理研究

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近年来,土体的流变特性越来越受到岩土工程界的重视,这使得考虑土体流变特性的斜坡破坏失稳机理成为目前的研究热点和重点。对于位于水库或者沿河地区的斜坡来说,水位波动是造成斜坡失稳的最主要影响因素。本论文以自然状态下的库岸堆积体土坡为研究对象,致力于构建能够反映岸土坡失稳机理的岸坡安全系数-库水波动-岸坡土流变强度联动协调机制,论文主要的研究工作及研究成果包括以下几方面:(1)系统性地引入土流变学基本理论、对比土流变元件模型特点和组合原理、掌握流变参数的识别方法,分析得知西元正夫元件模型和Burgers元件模型在模拟斜坡土流变方面具有优良性。(2)利用西元正夫元件模型,并结合滑坡的流变控制理论,论文在考虑了斜坡失稳的强度准则以外,建立了斜坡失稳的位移准则,并通过该准则和利用模型,建立了斜坡安全系数与时间的函数关系式。论文采用了Patton准则和西元正夫流变模型对斜坡滑带土的流变参数进行了识别。论文收集了三峡库区某土质斜坡流变参数,建立了滑带土抗剪强度和时间的关系曲线。(3)论文进行了三峡库区大型土质滑坡滑带土室内剪切流变实验,发现了不同荷载等级下滑带土的流变特性规律和长期强度规律。并根据试验数据,利用Burgers流变模型进行了流变参数的辨识,得到了岸坡滑带土的流变方程,论证了土流变与斜坡失稳的关系,即在不同的载荷条件下,斜坡土体呈现不同流变强度,斜坡失稳最易发生在土体加速流变阶段。(4)为了在土流变-岸坡失稳关系中充分考虑库水的影响,论文对非饱和土力学相关公式进行了计算和推导,并通过滤纸实测方法建立了基质吸力与土体含水率的关系曲线。该曲线表明:随着斜坡非饱和土体随含水量的增加,其基质吸力值减小;土的基质吸力减小,斜坡滑带土的抗剪强度降低。(5)论文利用FLac3D有限差分数值模拟软件建立了岸坡的计算模型,求得了库水波动条件下的岸坡安全系数与库水位的对应关系。通过运用斜坡演化的非线性动力学模型,找到了岸坡土流变强度与库水位值二者之间的对应关系,并且建立了岸坡土流变强度的评判标准。成功构建了能够反映库岸堆积体土坡失稳机理的岸坡安全系数-库水波动-岸坡土流变强度三者的联动协调机制。该机制表明:库水位急剧下降,岸坡土介质流变强度增大,岸坡的安全性降低。(6)最后,论文通过工程实例分析,论证了文中所提出的岸坡安全系数-库水波动-岸坡土流变强度的联动协调机制的合理性。
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