干湿循环下非饱和土边坡响应的数值模拟分析.doc

干湿循环下非饱和土边坡响应的数值模拟分析边坡是工程中常见的地质形式,而工程中遇到的土大部分处于非饱和状态,这些边坡经历长期性的干燥蒸发和降雨入渗的影响,经常发生滑坡等自然灾害,给人们的生命和财产造成巨大损失。为了掌握这种季节性的天气变化对非饱和土边坡的影响规律,降低发生滑坡等自然灾害的可能性,尽量降低人们的生命和财产损失,所以本文对非饱和土边坡的干湿循环效应作了深入分析和研究。首先利用有限元软件ABAQUS,选用Mohr-Coulomb本构模型对剑桥大学离心机试验进行了干湿循环的数值模拟,将数值模拟出来的孔压变化的幅度以及边坡点在干湿循环中的变形轨迹与离心机试验模型进行对比,发现结果和趋势非常相似,说明使用ABAQUS能够实现对非饱和土边坡的干湿循环的模拟。在对比的同时,也对数值模拟的结果进行详细的分析,对边坡的位移变形、孔压变化、应力变化以及塑性变形等进行了分析,揭示了边坡发生破坏的机理,即是在干湿循环作用下首先在边坡坡脚处产生塑性变形,随着干湿循环次数的增加,塑性变形区逐渐向坡里发展,最后塑性变形区贯通时边坡就发生破坏。将强度折减法应用于干湿循环中,求出了边坡在经历每次干湿循环后的边坡安全系数,发现随着干湿循环次数的增加,从整个的干湿循环或是单个的干燥和降雨过程来看,其边坡的安全系数都是降低的。其次将边坡的高度和角度进行改变,得到边坡的位移变形、塑性变形、孔压变化等的变化规律,并对边坡安全系数进行了对比分析,发现随着边坡高度和角度的增加,其边坡的安全系数是逐渐降低的。接着将干湿循环的幅度进行了调整,讨论了干湿循环幅度对边坡孔压、变形以及安全系数产生的影响,发现在降雨入渗阶段,幅度越大边坡的安全系数越低,在干燥蒸发阶段则取决于此前的降雨过程和此次干燥过程的综合结果,边坡的安全系数有可能降低也有可能升高。最后将材料的一些参数进行变化来研究对边坡变形、孔压等的变化,如土水特征曲线、渗透系数、粘聚力、摩擦角、剪胀角等,通过这些参数的变化进行对比分析,发现土水特征曲线的变化对非饱和土边坡干湿循环效应的影响非常明显,土水特征曲线的变化直接影响干湿循环引起的孔压幅度的变化进而影响边坡的变形等;发现渗透系数的变化也对边坡的孔压和变形影响较大,渗透系数越大,孔压变化幅度越小,变形越小;发现粘聚力、摩擦角的变化对边坡的变形等影响比较明显,特别是塑性变形;剪胀角的变化对边坡的位移变形影响较小,但能够使土体承受更大的塑性变形。