[发明专利]库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法及其装置

权利要求书

1.一种库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据岸坡地下水位，获得水位骤升情况下的Boussinesq方程；

根据Boussinesq方程获得水位骤升情况下浸润线的时空分布方程；

基于浸润线的时空分布方程，利用Matlab获得不同蓄水阶段、不同蓄水速率下浸润线与滑带的位置关系，并计算浸润厚度和滑坡稳定性系数；

根据浸润厚度和滑坡稳定性系数确定临界浸润线位置；

浸润厚度和滑坡稳定性系数的计算方法包括如下步骤：

将浸润线的时空分布方程、预设的坡面线方程和滑带方程录入Matlab；

利用Matlab模拟不同蓄水阶段和不同蓄水速率，并根据浸润线的时空分布方程和滑带方程获得不同蓄水阶段、不同蓄水速率下的浸润线与滑带的空间分布图；

基于浸润线与滑带的空间分布图，根据浸润线、坡面线方程和滑带方程分别计算不同蓄水阶段、不同蓄水速率下水位上升后水面与坡面的交点D和浸润线与滑带的交点A的坐标；

根据交点D和交点A的坐标计算不同蓄水阶段、不同蓄水速率下的浸润厚度，即交点D和交点A的距离；

利用GEO-Studio中的SEEP/W和SLOPE/W模块在每个蓄水阶段的每个蓄水速率下进行流固耦合，计算滑坡稳定性系数；

计算水位上升后水面与坡面的交点D和浸润线与滑带的交点A的坐标的具体操作如下：

根据水位骤升后的水位高度和坡面线方程，计算水位上升后水面与坡面的交点D的坐标，交点D的坐标为其中，x表示库岸到计算点的距离，h₁表示水位上升后的水位高度，b₂为坡面线的常数，k₂为坡面线的斜率；

将交点D的坐标代入浸润线的时空分布方程和滑带方程，通过联系方程组计算浸润线与滑带的交点A的坐标，其中，联系方程组的表达式如下：

其中，t表示渗流时间，h(x,t)表示t时刻x处的水位高度，h₃表示坡前起始水位高度，h_m表示平均水位高度，erfc()表示余误差函数，a＝kh_m/μ，k为渗透系数，μ为饱和差，h″(x,t)表示t时刻x处的滑带高度，k₁为滑带的斜率，b₁为滑带的常数。

2.根据权利要求1所述的一种库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法，其特征在于，设x轴沿隔水层顶板方向，y轴经过坡外水位与边坡的交点并垂直于x轴，基于x-y坐标系，水位骤升情况下的Boussinesq方程的表达式如下：

其中，k为渗透系数，x表示库岸到计算点的距离，h表示潜水层厚度，H表示水头高度，μ为饱和差，t表示渗流时间；

所述Boussinesq方程满足初始条件：

h(x,0)＝h₃,x≥0

所述Boussinesq方程满足边界条件：

其中，h₃表示坡前起始水位高度，h_t表示t时刻的水位高度。

3.根据权利要求2所述的一种库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法，其特征在于，获得水位骤升情况下浸润线的时空分布方程的方法为：

对水位骤升情况下的Boussinesq方程进行局部线性化，获得线性化后的方程：

其中，h_m表示平均水位高度，h_m＝h₁+h₃/2，h₁表示水位上升后的水位高度；

利用Hopf-Cole变换、Laplace变换和Laplace逆变换解析线性化后的方程，获得水位骤升情况下浸润线的时空分布方程，表达式如下：

其中，h(x,t)表示t时刻x处的水位高度，erfc()表示余误差函数，a＝kh_m/μ，k为渗透系数，μ为饱和差。