[發明專利]一種流固耦合的邊坡穩定分析方法

有效

• 申請號: 202310574497.7
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116522823B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張幸幸;宋建正;鄧剛;張雪東;溫彥鋒;王玉杰;張紫濤;胡晶
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F18/24;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都創典匯智知識產權代理事務所(普通合伙) 51383
• 代理人: 張一帆

1.一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：包括如下步驟：

A對邊坡材料分類；

B構建孔隙水壓力內插網格；

C對分類后的材料分別進行滲流-固結分析，確定各種材料域內每個網格節點上的孔隙水壓力，內插獲得滑面上各點的孔隙水壓力；

D將所述孔隙水壓力帶入有效應力原理和摩爾-庫侖強度公式，計算滑面上各點的抗剪強度；

E通過極限平衡分析獲得邊坡抗滑穩定安全系數。

2.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：所述邊坡材料按照排水固結特性將材料分為充分透水材料、不透水材料和半透水材料。

3.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：所述步驟B中，孔隙水壓力被分解成靜孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力兩部分，其中超靜孔隙水壓力變化過程可以根據土的固結系數和地表荷載變化過程計算，這一過程稱為固結分析。

4.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：所述不透水材料采用總應力法計算抗剪強度，采用固結不排水抗剪強度指標，按照荷載變化前的有效應力狀態來計算抗剪強度；充分透水材料采用有效應力法計算抗剪強度，按照當前的有效應力狀態來計算抗剪強度；半透水材料采用有效應力法計算抗剪強度，按照當前的有效應力狀態來計算抗剪強度。

5.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：所述固結分析方法包括如下步驟：

瞬時荷載作用后，土層的固結度均有如下形式的表達式：

U＝1-exp(-βt)???????????????????????????????????????????(1)

t時刻的孔隙水壓力為

u_e＝p₀exp(-βt)???????????????????????????????????????????(2)

p₀為0時刻地表施加的瞬時荷載；

變荷載p(t)作用下的超靜孔隙水壓力按照下式計算

6.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：

在步驟C中，對不透水材料所述孔隙水壓力按照下式計算：

u＝u_st0+p?????????????????????????????????????????????????(4)

其中u_st0為荷載變化前的靜水壓力；p為變化荷載；

對充分透水材料所述孔隙水壓力按照下式計算：

u＝u_st???????????????????????????????????????????????????(5)

其中u_st為當前的靜水壓力，通過穩定滲流分析獲得；

對半透水材料所述孔隙水壓力按照下式計算

u＝u_st+u_e(t)???????????????????????????????????????????????(6)

其中u_st為靜水壓力，u_e(t)為超靜孔隙水壓力，按照式(3)確定。

7.根據權利要求1所述的一種流固耦合的邊坡穩定分析方法，其特征在于：

有效應力法中，所述抗剪強度τ_f按照下式計算

τ_f＝c′+(σ-u)tanφ′???????????????????????????????????????(7)

式中：c′和φ′為土的有效抗剪強度指標，有效凝聚力和有效內摩擦角，取為固結排水抗剪強度指標c_cd和φ_cd；σ為當前土的總應力，u為孔隙水壓力；

總應力法中，抗剪強度τ_f按照下式計算

τ_f＝c_cu+(σ_c-u_c)tanφ_cu＝c_cu+(σ-u_ef)tanφ_cu?????????????????????(8)

式中：c_cu和φ_cu為土的固結不排水抗剪強度指標；σ_c和u_c為荷載變化前的總應力和孔隙水壓力，σ為當前土的總應力、u_ef為等效孔隙水壓力(等于荷載變化量與u_c之和)。