[发明专利]非饱和土边坡水力力学耦合的稳定性分析方法

说明书

本发明提供了一种非饱和土边坡水力力学耦合的稳定性分析方法，属于岩土技术领域。该方法对非饱和土的本构模型采用了更加符合非饱和土性质的巴塞罗那基本模型，在本构模型中考虑了吸力的影响，以及土体抗剪强度和抗压强度的影响。对非饱和土边坡稳定性分析的强度折减法，通过对土体黏聚力和摩擦角的折减，对土体抗剪强度的折减。另外，通过对土体前固结压力的折减，计入了土体抗压强度的折减。在Cosserat连续体框架下进行的非饱和土边坡的稳定性分析，在一定程度上考虑了土体的细观结构效应对宏观边坡稳定性的影响。该方法考虑了多种影响因素，提高了非饱和土边坡的稳定性分析的准确性。

技术领域

本申请涉及岩土技术领域，具体而言，涉及一种非饱和土边坡水力力学耦合的稳定性分析方法。

背景技术

我国山区存在有广泛和大量的非饱和土边坡滑坡灾害，特别伴随降雨的作用，非饱和土边坡的滑坡灾害不断发生。为保证工程建设项目安全和人民的生命财产安全，非饱和土边坡的稳定性研究应是十分值得重视的地质灾害研究课题。

目前，研究边坡稳定性传统方法有：极限平衡法、极限分析法、滑移线场法等。但是这些方法并没有考虑土体内部的应力应变关系，它是建立在极限平衡理论基础上的各种稳定分析方法，不能分析边坡破坏的发生和发展过程，同时需要假定滑裂面形状和位置等来求安全系数，方法较为复杂且考虑不全面。

随后出现的边坡稳定性分析的有限差分方法，有限差分方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。在此基础上发展的强度折减有限元法继承了有限元计算的优势，能够合理全面的考虑土体的本构关系，不需要假定滑动面形状，能够通过计算获得最易滑动的滑动面。它可以反映边坡土体的非均匀性性以及变形滑移的非线性，可以由计算得出一个潜在滑动面、相应的安全系数，并且能够模拟边坡内应力应变等力学响应。

在相关技术，强度折减有限元法推广到非饱和土边坡稳定分析中。强度折减法强调了非饱和土中吸力的变化对非饱和土抗剪强度的影响，从而对非饱和土边坡的稳定产生重要影响。非饱和土边坡的强度折减法，在传统强度折减法的基础上，折减了抗剪强度相关的基质吸力项，充分考虑了基质吸力对边坡稳定性的贡献。

然而，目前的非饱和土边坡稳定性分析的强度折减法，往往将非饱和土的渗流简化为饱和土的渗流模型，未能在边坡的稳定性分析中充分考虑固体骨架力学作用和孔隙水、孔隙气体渗流作用的耦合效应。更有甚者，针对非饱和土边坡的稳定性分析还往往忽略边坡的孔隙流体的渗流效应，以及未在所用的土体本构模型中考虑随着降雨渗流作用而引起的吸力场变化对边坡稳定性的影响。

另外，在开展强度折减法分析时，针对非饱和土边坡，仅采用传统的土力学本构模型而仅对边坡土体的抗剪强度实施折减，未充分考虑土体吸力变化的情况下，土体抗剪强度和抗压强度的同时折减。另外非饱和土边坡稳定性分析的强度折减法是在传统连续介质力学的基础上发展应用的，缺乏对非饱和土的细观尺度效应的考虑，并且在对边坡塑性滑移的强度折减有限元模拟分析中缺乏正则化机制的引入。因此，目前的非饱和土边坡稳定性分析的强度折减法存在明显不足之处，并不能准确分析非饱和土边坡的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供了一种非饱和土边坡的稳定性分析方法，旨在提高非饱和土边坡的稳定性分析的准确性。

本申请提供一种非饱和土边坡水力力学耦合的稳定性分析方法，包括如下步骤：

S100：根据非饱和土边坡的地质模型、土体物理力学参数、水力 -力学荷载条件建立边坡的有限元数值模型。

S200：根据非饱和土的巴塞罗那基本模型(BBM模型)的 Cosserat-Biot连续体有限元数值模拟方法，计算生成边坡在重力和降雨作用下的初始应力场和孔隙流体压力场，并将边坡的初始位移场、速度场、应变场清零。

S300：根据边坡安全系数求解的二分法的初始要求，设置合理的安全系数的上限值、下限值。