[发明专利]基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质

说明书

本发明公开的基于SPH的土坡滑面分析判定方法，包括：根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；对粒子模型进行粒子搜索及配对；计算粒子密度；对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。用SPH方法对土坡从小变形到大变形的连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。

技术领域

本发明属于建设工程模拟信息化技术领域，尤其涉及一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质。

背景技术

在岩土工程领域，边坡稳定性问题是最基本的问题之一，广泛存在于天然边坡、人工边坡、挡土结构、水库大坝等结构的整体及局部稳定性分析当中。正确评价边坡的稳定性对于各类工程的安全运行极具重要意义。然而，以极限平衡法为代表边坡稳定性分析方法，确定滑面的位置和形状是其核心问题，对分析结果具有决定性和控制性作用。

随着计算机性能与计算方法的不断提升与改进，以有限元为代表的数值分析方法逐步应用在岩土工程中。由于有限元方法在模拟计算大变形区域过程中会产生数值不稳定性；从初始状态到后续大变形的整个变形过程难以连续求解。所以，极限平衡状态的判断尤为重要，为了解决此类问题，计算流体动力学(CFD)建模和离散建模(如DEM)等方法逐渐发展起来。在CFD中，计算网格固定而无变形，但材料要求特殊类型的流体。故CFD针对流动问题有效，但难以解决静态变形问题。此外，基于固体力学的本构模型不易处理材料在变形过程中的应力-应变历史；而DEM离散建模不适合处理基于连续介质近似的土体本构模型。

光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH)是一种拉格朗日无网格计算方法，可以解决大变形问题而不产生网格畸变。目前SPH方法在土坡稳定性及滑坡分析研究领域内仍存在不足，且较为热点的方法主要有两种：一种是将土坡视为弹塑性体，该方法在进行边坡滑坡前的稳定性分析时具有较高的准确性，但由于边坡失稳后的高速运动属于大变形过程，而继续用基于小变形理论的弹塑性本构模型计算该过程其适用性尚需进一步探讨。因此，目前的SPH方法在进行土坡滑坡灾害全过程分析时尚具有局限性，需要寻求一种合适的方法来对土坡滑面全过程运动进行分析是有必要的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质，依据SPH方法对以土坡从小变形到大变形连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。

第一方面，本发明实施例提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法，包括：

根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；

确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；

对粒子模型进行粒子搜索及配对；

计算粒子密度；

对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，在弹塑性本构模型中，岩土体的抗剪强度采用粘聚力和土体的内摩擦角表示；

根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；

根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；

根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。