[發明專利]一種基于混合極限平衡法的涉水岸坡安全系數計算方法

有效

• 申請號: 202010031928.1
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111259473B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 黃濤;沈保根;徐啟文
• 申請（專利權）人: 安徽省交通勘察設計院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 張加寬

本發明公開了一種基于混合極限平衡法的涉水岸坡安全系數計算方法，根據地質勘察報告，制作相應岸坡剖面的岸坡坡體二維模型；根據土體分層情況，在岸坡坡體二維模型輸入土體參數，建立岸坡土體模型；在岸坡土體模型基礎上對每層土體進行有限元網格劃分，根據水位邊界條件計算岸坡有限元模型坡體內滲流場浸潤線位置，計算岸坡有限元模型初始地應力場；根據計算工況定義荷載，計算有效應力的重新分布；根據岸坡有限元有效應力場數據，求取滑動位置；根據滑動位置，利用有限元極限平衡法計算坡體安全系數；根據滑動位置，利用靜力極限平衡法計算坡體安全系數；綜合計算結果，得到坡體安全系數。解決岸坡安全系數在復雜地質條件下的定量計算問題。

技術領域：

本發明屬于數值計算、工程設計及軟件研發領域，具體涉及一種針對涉水邊坡，將靜力法和有限元法相混合對邊坡安全系數進行計算的過程和方法。

背景技術：

我國幅員遼闊，江河眾多，地質條件復雜。江河兩岸的岸坡失穩崩塌或滑動的險情分布范圍廣泛，安全隱患較大。相比江河岸坡，水利工程中庫岸邊坡失穩的后果更加嚴重，對庫區人民的生命財產安全危害巨大。為避免或減少岸坡失穩所造成的災害和損失，對岸坡穩定性進行定量的分析和計算顯得尤為重要

現有邊坡穩定性分析的主要方法有靜力極限平衡分析法、有限元強度折減法、界面元法、可靠度方法等。靜力極限平衡分析法計算簡便，工程應用廣泛，但該方法不考慮邊坡土體的應力應變關系，計算時需要假設滑動區域和土條之間的作用力，因此不僅計算結果有一定的誤差，而且人為因素干擾較大。有限元強度折減法考慮邊坡土體材料的本構模型，能夠真實模擬應力應變特性，對土體材料的抗剪指標內摩擦角、粘聚力進行折減，進行多次折減試算，直至邊坡沿某個滑面處于極限平衡狀態。但是，用強度折減法計算安全系數時需要一個合理的臨界狀態判斷標準。強度折減法所得安全系數值，其物理意義并不明確，也缺乏配套的評判標準，和目前常用的工程設計規范中安全系數定義存在沖突的情況。

在工程實際中，大部分情況下是非均質土坡。在傳統的極限平衡分析法中，假設滑移的形狀假設與實際相差較遠，安全系數值與實際情況相差較大。因此，迫切需要一種可以準確計算滑面位置及形狀規律，結合工程設計規范對岸坡安全系數進行分析的方法。

發明內容

為了克服岸坡安全系統傳統靜力計算方式的不足，本發明提供一種涉水岸坡安全系數計算方法，在建立岸坡土體模型的基礎上，使用有限元方法求取岸坡內部應力場，分析岸坡薄弱部位，對滑動位置進行精確計算，進而綜合有限元和靜力極限平衡法的計算結果得到岸坡安全系數，減少了求取岸坡整體穩定性安全系數的人為干擾和不確定性，提供了一種精確定量的解決方案，顯著提高了岸坡安全系數計算結果的可靠性。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種基于混合極限平衡法的涉水岸坡安全系數計算方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：根據地質勘察報告，制作相應岸坡剖面的岸坡坡體二維模型；

步驟2：根據土體分層情況，在岸坡坡體二維模型輸入土體參數，建立岸坡土體模型；

步驟3：在岸坡土體模型基礎上對每層土體進行有限元網格劃分，根據水位邊界條件計算岸坡有限元模型坡體內滲流場浸潤線位置，計算岸坡有限元模型初始地應力場；

步驟4：根據計算工況定義荷載，計算有效應力的重新分布；

步驟5：根據岸坡有限元有效應力場數據，求取滑動位置；

步驟6：根據滑動位置，利用有限元極限平衡法計算坡體安全系數；

步驟7：根據滑動位置，利用靜力極限平衡法計算坡體安全系數；

步驟8：綜合上述計算結果，得到坡體安全系數。

本發明的進一步技術：