[发明专利]一种基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法

权利要求书

1.一种基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据所需研究边坡的截面信息，生成粒子模型，根据模型的物理力学参数对其不同位置的相关信息分别赋值；

步骤二：预先确定计算工程中的数值处理技术，所述数值处理技术包括密度计算方法、光滑核函数、粒子搜索方法、固壁边界计算方法、时间积分方法、应力调整方法；

光滑核函数的计算式子为：

其中W(R，h)为光滑核函数，h为光滑半径，R为粒子间距与光滑半径的比值，α_d在一维、二维、三维空间下分别为

应力调整方法分为两种情况：

第一种情况：当土体的应力状态超出屈服面的顶点时，D-P屈服准则下其应满足以下条件:

其中α_φ、k_c分别为与内摩擦角、粘聚力有关的常数；I₁ⁿ为应力第一不变量；

对应力分量进行以下转换：

其中代表某一点应力调整点在X、Y、Z方向上的应力分量；

第二种情况：当土体应力状态位于屈服面上时，在D-P屈服准则下应满足以下条件：

其中J₂为第二偏应力不变量；

调整的方法是在应力第一不变量不变的条件下，使第二偏应力不变量减小到屈服面位置，其调整方法如下：

其中，其中代表某一点在X、Y、Z方向上的应力分量,分别代表在XY、YZ、XZ方向上的剪应力分量；

rⁿ为比例系数，其表达式如下：

步骤三：设置屈服准则、流动法则、时间步长；

步骤四：进行粒子搜索；

步骤五：进行密度求解；

步骤六：进行应力应变的求解；

步骤七：进行人工粘度、人工应力、速度修正以及在外力作用下引起的速度变化率的求解；

步骤八：根据总的速度变化率更新质点信息，并进行应力调整，更新后的信息进入下一循环按以上步骤进行循环计算，循环完成后进行步骤九；

步骤九：对输出文件进行处理和分析，得到边坡安全系数及潜在滑移面，如果计算所得的安全系数小于国家规范所规定的最低标准则进行下一步；

步骤十：将折减系数设置为国家规范值，返回步骤一，计算在该折减系数下边坡可能的滑坡区域及影响范围。

2.如权利要求1所述的基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法，其特征在于，步骤三中，屈服准则为内切圆屈服准则或非正交匹配圆屈服准则，

内切圆屈服准则中α_φ及k_c取值为：

非正交匹配圆屈服准则中α_φ及k_c取值为：

其中代表土体的摩擦角，c代表粘聚力。

3.如权利要求1所述的基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法，其特征在于，步骤六中，应变求解的公式为：

其中，α和β表示坐标方向，v表示速度，e^αβ为应张量，δ^αβ为狄克拉函数；

应力求解的公式为：

经过一系列推导和变换，对于关联性流动法则有：

其中

而对于非关联性流动法则有：

其中

t代表时间，G表示剪切模量，K为体积模量，e^αβ为偏剪切应变率张量，S^αβ为偏剪切应力率张量。

4.如权利要求1所述的基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法，其特征在于，步骤一中所述相关信息包括密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、外力。

5.如权利要求1所述的基于SPH法的土质边坡稳定性及滑坡运动过程分析方法，其特征在于，步骤九中，采用塑性区贯通或特征点位移不稳定失稳判据，对输出文件进行处理和分析，得到边坡安全系数及潜在滑移面。