[發明專利]基于滲流模型的邊坡穩定性模擬分析方法

有效

• 申請號: 202011052382.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112255157B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 馬強;劉昌軍;張順福;張啟義;姚秋玲;解家畢
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識產權代理事務所(普通合伙) 11617
• 代理人: 李績

本發明公開了一種基于滲流模型的邊坡穩定性模擬分析方法，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測數據對模型進行校準；步驟S2、選取降雨數據作為輸入，對模型進行率定；選取不同深度觀測的土體含水率對模型進行分別率定；步驟S3、耦合Slope/W模塊分析基質吸力和邊坡穩定的關系，從而得出不用時段，不同情境下的邊坡安全系數，進而對邊坡穩定性進行綜合分析。

技術領域

本發明屬于水土模擬分析技術領域，涉及一種邊坡穩定性模擬分析方法。

背景技術

滑坡、泥石流等災害高發于非飽和土壤區域內，其主要誘因多為連續性降雨或突發性大暴雨。降雨滲入到非飽和土體中，土體基質吸力(負的孔隙水壓力)隨入滲雨量的增加而減小，導致邊坡抗剪強度降低，當滑裂面上的抗剪強度低于下滑力時，斜坡處于失穩狀態，易發生滑坡等巖土工程災害。

在巖土工程等相關領域，國內外很多學者、專家針對受降雨滲流影響的邊坡穩定性變化進行了大量的研究。Lumb(1962)采用了一種簡化的一維垂直入滲模型對某地區受降雨影響的邊坡進行了模擬分析。模擬結果定性地指出了該地區的邊坡穩定性不但受土體入滲能力的影響還與坡面降雨的大小、強度有關。Shimada等(1995)在利用Galerkin有限元法模擬二維滲流場的結果基礎上，應用缸體彈簧模型對邊坡穩定性進行了模擬分析。最終歸納出了不同降雨強度、時長下的基質吸力變化及對邊坡穩定性的影響。高小育等(2004)依據Biot(1940)建立的考慮飽和土體的Biot動力固結理論模型，建立了應力場與滲流場的耦合方程組并對在滲流作用下的土壩最小安全系數進行了計算，進一步驗證了滲流場變化對壩體穩定性的影響。廖紅建等(2008)利用Geo Studio軟件，采用Morgenstern-Price條分法計算不同滲流場下堤壩的穩定性系數。研究重點面向水庫水位驟降對堤壩穩定性的影響，通過考慮非飽和土體滲透能力、基質吸力在驟變水位影響下的變化計算邊坡穩定性波動，對水庫庫區堤壩工程建設具有一定的指導意義。同樣應用Geo-Studio軟件，黃新智和劉俊俊(2015)對蘭州市蘭山后山南部馬蘭黃土邊坡在不同降雨入滲條件下的穩定性進行了分析。作為一種典型的非飽和土，針對馬蘭黃土構成邊坡的研究具有一定的代表性。其研究發現(1)體積含水率會直接影響孔隙水壓力大小，二者之間存在正比關系；(2)邊坡安全系數隨雨時增長而降低；(3)非飽和黃土邊坡抗剪強度隨深度表現為先增加后減小的類似拋物線的關系。朱松悅和楊和平(2018)應用ABAQUS軟件采用強度折減法對土質邊坡在地下水滲流場影響下的穩定性展開了分析。結果表明，在考慮地下水滲流作用后，土體水平位移急劇增大，穩定性大大降低。再次證明了地下水滲流是影響邊坡穩定性的一個重要因素。

經過多年的理論、模型研究，滲流場變化作為邊坡穩定性的一個重要影響因素已經被廣大的巖土工程學者所接受。但是，受限于監測數據的不足，大部分的模擬分析還僅停留在實驗模擬或假設模擬，而針對實際滑坡案例的模擬分析目前并不充分。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于滲流模型的邊坡穩定性模擬分析方法，用于對滑坡防護、加固，搶險預警等工作提出指導與參考意見。

為實現上述目的，本發明采用了下述技術方案。一種基于滲流模型的邊坡穩定性模擬分析方法

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測數據對模型進行校準；

步驟S2、選取降雨數據作為輸入，對模型進行率定；選取不同深度觀測的土體含水率對模型進行分別率定；

步驟S3、耦合Slope/W模塊分析基質吸力和邊坡穩定的關系，從而得出不用時段，不同情境下的邊坡安全系數，進而對邊坡穩定性進行綜合分析。

步驟S1中，滲流計算(SEEP/W)模型構建過程如下：

SEEP/W是基于非飽和土力學的有限元方法進行土體滲流分析的數值模擬軟件。SEEP/W的理論公式基于飽和于非飽和土體滲流的二維達西公式：