非饱和土力学作业.docx
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非饱和土力学作业
《非饱和土力学课程作业》
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学号：
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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（°）
17
20
20
试分析当水位由4m升至10m时，土坝中浸润面的变化情况，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1.2.20小时浸润面位置
图1.2.350小时浸润面情况
图1.2.4100小时浸润面情况
图1.2.5200小时浸润面情况
图1.2.6300小时浸润面情况
图1.2.71000小时浸润面情况
图1.2.82000小时浸润面情况
图1.2.95000小时浸润面情况
图1.2.1019656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（°）
17
20
20
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
最小安全系数
1.463
1.404
1.461
1.390
从上述计算可知，四种计算方法最小安全系数在1.390—1.463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（°）
17
20
20
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
1.237
1.187
1.257
1.273
四种计算方法最小安全系数范围为1.187—1.257，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，大约在距离边坡顶部20m处孔压达到最大值42Kpa。
从上述沿边坡从上至下抗剪强度分布可以看出，在孔压由负变为正的点，抗剪强度有一个峰值，此外在孔压最大点，抗剪强度也有一个峰值，且此峰值大于孔压由负变正点。
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