非饱和土力学作业

1、非饱和土力学课程作业 授课教师： 詹良通 姓名： 穆青翼 学号： 21112085 日期： 2012/6/25 非饱和土力学土坝渗流稳定分析问题描述：大坝截面图（1）有一水库土坝，尺寸如图所示。现在水库中的水位从4m升至10m，整个水位上升用时100个小时，水位上升高度随时间函数关系如下图。图（2）大坝水位上升时间曲线大坝土吸力-体积含水量，吸力-渗透系数曲线如下图所示：图（3）吸力-渗透系数曲线图（4）吸力-体积含水量图大坝土的力学参数指标如下表所示：表1、大坝土物理参数指标重度（kN/m3）粘聚力（Kpa）内摩擦角（°）172020试分析当水位由4m升至10m时，土坝中浸润面的变

2、化情况，以及该土坝的稳定性？问题求解一、渗流分析求解：1、4m初始水位稳态分析（1）建模、网格划分及材料性质输入：图1.1.1 最终建模结果 图1.1.2 吸力渗透系数关系 图1.1.3 吸力体积含水量关系依据题述模型尺寸建立如上模型,其中材料土水特性如上图所示，网格为四边形三角形混合形式，大小为1m。模型边界条件为左端红色线总水头4m，右边蓝色线边界条件为总流量0m3/s，右端底坡脚点边界条件为总水头0m，其余边界条件为软件默认不透水边界。（2）模型计算结果：图1.1.4 四米水位稳态分析2、水位由4米升至10m瞬态分析：（1）模型设置：改变上述稳态模型的边界条件，按题述，设置左边红色边界为

3、水位-时间函数关系，水位在前100小时按线性升高，100小时至19656小时，水位维持在10m，水位函数如下图所示：图1.2.1水位随时间上升函数（2）模型计算结果：图1.2.2 0小时浸润面位置图1.2.3 50小时浸润面情况图1.2.4 100小时浸润面情况 图1.2.5 200小时浸润面情况 图1.2.6 300小时浸润面情况 图1.2.7 1000小时浸润面情况 图1.2.8 2000小时浸润面情况 图1.2.9 5000小时浸润面情况 图1.2.10 19656小时后浸润面情况（3）计算分析从上述浸润面计算结果可以看出，浸润面随水位升高不断变化，当100小时后水面达到稳定的10m，此

4、时浸润面仍未达到稳定，根据计算结果分析，大约在1000小时左右，浸润面才达到稳定。二、稳定分析1、水位4米时土坝稳定分析：稳定分析的模型轮廓与渗流分析相同，土坝选用摩尔库伦模型，模型所需参数如下表所示：重度（kN/m3）粘聚力（Kpa）内摩擦角（°）172020土坝稳定分析时的孔压为上稳态渗流分析结果。计算结果：（1）Mogenstern-Price法计算最优滑裂面结果：（2）普通条分法计算结果：（3）Bishop法计算结果（4）Jian-bu法计算结果：四种计算方法算的最优滑裂面的安全系数如下表所示：计算方法Mogenstern-Price法普通条分法Bishop法Jian-bu法

5、最小安全系数1.4631.4041.4611.390从上述计算可知，四种计算方法最小安全系数在1.3901.463之间，平均安全系数为1.430，可知在水位上升前土坝处于稳定状态。2、水位升高后土坝稳定分析稳定分析的模型轮廓与上述渗流分析相同，土坝选用摩尔库伦模型，模型所需参数如下表所示：重度（kN/m3）粘聚力（Kpa）内摩擦角（°）172020土坝稳定分析时的孔压为上次瞬态分析19656小时计算结果。计算结果：（1）Mogenstern-Price法计算最优滑裂面结果：显示50条安全系数最小的滑裂面图：（2）普通条分法计算结果：显示50条安全系数最小的滑裂面图：（3）Bishop

6、法计算结果显示50条安全系数最小的滑裂面图：（4）Jian-bu法计算结果：显示50条安全系数最小的滑裂面图：（5）其他相关参数计算结果：最优滑移体从上至下空隙水压力分布：最优滑移体从上至下抗剪强度分布： 2、计算结果分析：四种计算方法算的最优滑裂面的安全系数如下表所示：计算方法Mogenstern-Price法普通条分法Bishop法Jian-bu法最小安全系数1.2371.1871.2571.273四种计算方法最小安全系数范围为1.1871.257，平均值为1.239，说明在水位升高过程中以及其后过程，土坝是稳定的。比较水位上升前其平均安全系数降低了0.192从上述沿边坡从上至下孔压分布可以看出，在距离边坡顶部约9m的地方孔压开始为正，其后孔压随距离先增大在减小至零，大约在距离边坡