[發(fā)明專利]一種流固耦合的邊坡穩(wěn)定分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310574497.7
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116522823B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)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(chuàng)典匯智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51383
• 代理人: 張一帆

本發(fā)明公開了一種流固耦合的邊坡穩(wěn)定分析方法，包括對邊坡材料分類；對分類后的邊坡透水材料進(jìn)行固結(jié)分析，確定該區(qū)域所述透水材料的超靜孔隙水壓力；通過所述超靜孔隙水壓力構(gòu)建孔隙水壓力內(nèi)插網(wǎng)格，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的總孔隙水壓力；通過所述總孔隙水壓力計(jì)算滑面上各點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度確定邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。本發(fā)明考慮復(fù)雜邊坡體中不同材料的滲透固結(jié)特性，結(jié)合材料透水特性的不同和荷載變化速率的不同，土體的固結(jié)排水條件進(jìn)行差異化處理計(jì)算孔隙水壓力，適用于人工形成的土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析，尤其是軟土地基上修建的土石壩工程的邊坡穩(wěn)定分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于邊坡穩(wěn)定分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種流固耦合的邊坡穩(wěn)定分析方法。

背景技術(shù)

在采用極限平衡理論分析邊坡穩(wěn)定性的過程中，需要計(jì)算滑面上各點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，而滑坡發(fā)生過程中，材料發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度是與滲流-固結(jié)過程有關(guān)的。由于材料透水性質(zhì)的不同，滲流、固結(jié)過程對滑坡過程中材料的抗剪強(qiáng)度也呈現(xiàn)不同的影響。復(fù)雜的邊坡，往往包含多種不同透水性質(zhì)的材料，如堆石料、砂礫料、黏土、粉土、砂土等，有時(shí)還因?yàn)榈鼗幚?，形成了人工?fù)合地基。傳統(tǒng)的分析方法，往往根據(jù)施工的快慢和邊坡大致的材料特性，假定材料排水或不排水，規(guī)定采用總應(yīng)力法或有效應(yīng)力法來計(jì)算滑面上的抗剪強(qiáng)度。但對于一些材料組成較為復(fù)雜的邊坡，尤其是一些軟基上修建土石壩工程形成的邊坡，傳統(tǒng)方法是難以適用的。如何使對這種復(fù)雜邊坡的穩(wěn)定性分析更為符合材料的物理力學(xué)特性，提高分析的精確性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題，因此需要一種能夠適應(yīng)復(fù)雜多樣性材料組成邊坡的穩(wěn)定分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種流固耦合的邊坡穩(wěn)定分析方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

包括如下步驟：

A對邊坡材料分類；

B構(gòu)建孔隙水壓力內(nèi)插網(wǎng)格；

C對分類后的材料分別進(jìn)行滲流-固結(jié)分析，確定各種材料域內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的孔隙水壓力，內(nèi)插獲得滑面上各點(diǎn)的孔隙水壓力；

D將所述孔隙水壓力帶入有效應(yīng)力原理和摩爾-庫侖強(qiáng)度公式，計(jì)算滑面上各點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度；

E通過極限平衡分析獲得邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟A中，邊坡材料按照排水固結(jié)特性將材料分為充分透水材料、不透水材料和半透水材料。

進(jìn)一步地，所述步驟C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，其中半透水材料的超靜孔隙水壓力變化過程可以根據(jù)土的固結(jié)系數(shù)和地表荷載變化過程計(jì)算，這一過程稱為固結(jié)分析。對于充分透水材料和不透水材料，其固結(jié)分析過程被簡化處理。

進(jìn)一步地，所述不透水材料采用總應(yīng)力法計(jì)算抗剪強(qiáng)度，采用固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，按照荷載變化前的有效應(yīng)力狀態(tài)來計(jì)算抗剪強(qiáng)度；充分透水材料采用有效應(yīng)力法計(jì)算抗剪強(qiáng)度，按照當(dāng)前的有效應(yīng)力狀態(tài)來計(jì)算抗剪強(qiáng)度；半透水材料采用有效應(yīng)力法計(jì)算抗剪強(qiáng)度，按照當(dāng)前的有效應(yīng)力狀態(tài)來計(jì)算抗剪強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述固結(jié)分析方法包括如下步驟：

瞬時(shí)荷載作用后，土層的固結(jié)度均有如下形式的表達(dá)式：

U＝1-exp(-βt)??(1)

t時(shí)刻的孔隙水壓力為

u_e＝p₀exp(-βt)??(2)

p₀為0時(shí)刻地表施加的瞬時(shí)荷載。

變荷載p(t)作用下的超靜孔隙水壓力按照下式計(jì)算