[發(fā)明專利]基于滲流模型的邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011052382.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112255157B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬強(qiáng);劉昌軍;張順福;張啟義;姚秋玲;解家畢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11617
• 代理人: 李績

1.一種基于滲流模型的邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于步驟如下：

步驟S1、基于SEEP/W軟件建立SEEP/W模型模擬滲流場變化并基于實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)；

步驟S2、選取降雨數(shù)據(jù)作為輸入，對(duì)模型進(jìn)行率定；選取不同深度觀測的土體含水率對(duì)模型進(jìn)行分別率定；

步驟S3、耦合Slope/W模塊分析基質(zhì)吸力和邊坡穩(wěn)定的關(guān)系，從而得出不用時(shí)段，不同情境下的邊坡安全系數(shù)，進(jìn)而對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析；基于四套土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別在不同降雨情景下對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析模擬，利用階段臨界法分析得出邊坡滑動(dòng)降雨入滲閾值，所述四套土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：慢剪、三軸、有效和總應(yīng)力；

步驟S1中，SEEP/W的理論公式基于飽和于非飽和土體滲流的二維達(dá)西公式：

式中，H為總水頭；kx，ky分別為x，y方向的滲流系數(shù)；Q為施加的邊界流量；θ為單位體積的含水量；t為時(shí)間；該方程說明在某一點(diǎn)處一定時(shí)間內(nèi)流體流入與流出單元體的差等于土體單元儲(chǔ)水量的變化；在SEEP/W中，假定總應(yīng)力不變且瞬態(tài)孔隙的氣壓保持為恒定大氣壓，單位體積含水量的變化與孔隙水壓力變化成函數(shù)關(guān)系：

式中，u_w為孔隙水壓力，m_w為儲(chǔ)水曲線的斜率，進(jìn)而總水頭可定義為：

式中，γ_w為水的容重，y為高程，由于高程為常量，其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)為零，則最終用于SEEP/W有限元計(jì)算的控制方程為：

；

參考黃土基質(zhì)吸力與含水量關(guān)系，去除異質(zhì)樣本，擬合得到關(guān)系式為：

w＝12 .902×s^-0.036+5.488×s^-0.576 (7)

式中w為土壤含水量，s為基質(zhì)吸力；

而土體基質(zhì)吸力與滲透系數(shù)的關(guān)系則參考對(duì)非飽和土滲流及其影響參數(shù)的分析成果中基于van Genuchten模型的非飽和土導(dǎo)水率與有效飽和度的關(guān)系：

式中，k為非飽和土水力傳導(dǎo)系數(shù)；k_s為飽和土水力傳導(dǎo)系數(shù)；s_e為有效飽和度；m＝1-1/n，n為經(jīng)驗(yàn)擬合參數(shù)，在本次模擬中取n＝4；結(jié)合其他土工試驗(yàn)參數(shù)建立SEEP/W模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滲流模型的邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于，步驟S3中，

條間剪切力表示為：

X＝Eλf(x) (5)

式中，f(x)表示函數(shù)；λ為函數(shù)所用的百分?jǐn)?shù)；E為條間法向力；X為條間剪切力；進(jìn)而提出GLE安全系數(shù)方程組：

式中，c′為有效粘聚力；為有效摩擦角；u為孔隙水壓力；N為土條底部法向力；W為土條重量；D為集中荷載；B，R，x，f，d，ω為幾何參數(shù)；α為土條底部傾角。