[發明專利]一種基于物質點法的邊坡大變形的確定方法

有效

• 申請號: 202110065851.4
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112733242B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 沈水龍;胡承睿;張錕;張寧
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 周增元

本發明實施例公開了一種基于物質點法的邊坡大變形的確定方法，克服了一般有限元方法的網格畸變，并支持任意大的彈塑性變形；本發明采用離散點代替單元求解微分方程，利用截斷分層的B樣條曲線消除了單元交叉誤差，細化了局部變形處的背景單元網格，使計算資源可以集中在關注的空間，提高了計算效率，并利用分裂質點策略消除了極端大變形情況下可能發生的數值斷裂問題，對邊坡大變形的模擬準確可靠。

技術領域

本發明涉及邊坡和基坑工程領域，尤其涉及一種基于截斷分層B樣條曲線基函數的物質點法邊坡大變形確定方法。

背景技術

邊坡大變形是指斜坡上的土體或巖體，由于水作用、地震及人工切坡等因素的影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或軟弱帶，整體地或者部分地發生大規模滑動變形的現象。邊坡大變形往往具有突發性和不可預測性，極易造成周邊工農業和人民群眾生命財產的巨大損失。因此，邊坡大變形問題是巖土工程的熱點和難點問題。大量學者對該問題展開了相關研究，其中，周翠英等考慮巖土材料的非線性，利用彈塑性有限元方法分析了邊坡大變形的穩定性問題；劉鑫等采用隨機極限平衡-物質點法研究了4種不同的邊坡破壞模式下的邊坡大變形演化過程，及其與土體參數空間分布之間的關系；楊濤等采用大變形有限元方法計算得到邊坡位移場，并預測了大變形邊坡的潛在滑面位置；寇曉東等利用FLAC-3D軟件進行了三峽船閘高邊坡開挖的應力應變分析和穩定性分析。通過文獻調研分析發現，對邊坡大變形問題的研究主要采用了統一網格的有限元法。在發生大變形的網格位置，統一網格的有限元法會產生嚴重的網格畸變，導致計算誤差激增，難以反映真實應力應變情況。

經過對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利申請號為CN201810437693.9，發明名稱為：一種滑坡變形預測計算方法，該專利自述：“發明公開了一種滑坡變形預測計算方法，包括：步驟1，進行全應變應力試驗和蠕變試驗，通過巖土體超過峰值點后的變形相等作為基準，將全應力應變試驗曲線和蠕變試驗曲線建立聯系，得到巖土體力學參數隨時間變化的曲線；步驟2，將試驗得到的巖土體力學參數通過有限元強度折減法得到不同巖土體力學參數的滑坡變形隨時間變化的曲線；步驟3，邊坡有限元計算模型在應力狀態下，根據發生滑坡時的土體力學參數，預測在該參數時的滑坡變形值。”該專利采用統一網格的有限元計算模型，首先對邊坡的應力應變進行分析，然后基于應力應變數據進行穩定性分析。該方法未考慮統一網格有限元法在邊坡大變形分析中的誤差累積問題，邊坡應力應變數據存在較大誤差，進而導致邊坡穩定性分析和滑坡變形預測失準；有限元方法存在大變形網格畸變和數值斷裂問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于物質點法的邊坡大變形的確定方法。該方法克服傳統有限元方法的網格畸變缺陷，支持任意大的彈塑性變形，消除極端大變形情況下可能發生的數值斷裂問題，對邊坡大變形的模擬準確可靠。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于物質點法的邊坡大變形的確定方法包括以下步驟：

第一步，收集地質資料：通過鉆探法沿邊坡地質勘測確定地層分布和地質參數，繪制邊坡地質剖面圖

優選地，所述地質勘測是指沿邊坡傾向布置鉆探孔，通過鉆孔取土試樣獲取地層分布信息、地層力學性質等。

更優選地，所述鉆探法是指用厚壁取土設備在施工區域內每隔一定距離向地下鉆孔至一定深度，取樣分析地層分布情況。

更優選地，所述鉆孔一般位于邊坡傾向線上，一般取孔距30~50m，孔深40~80m。

更優選地，所述孔深必須要深于邊坡滑動體的厚度。

更優選地，所述孔距必須保證地質剖面圖的連續。

優選地，所述地質參數為對土樣進行物理力學實驗得到的地質參數，包括用于計算強度折減系數的土體粘聚力 C和內摩擦角 φ。