[发明专利]基于渗流模型的边坡稳定性模拟分析方法

权利要求书

1.一种基于渗流模型的边坡稳定性模拟分析方法，其特征在于步骤如下：

步骤S1、基于SEEP/W软件建立SEEP/W模型模拟渗流场变化并基于实测数据对模型进行校准；

步骤S2、选取降雨数据作为输入，对模型进行率定；选取不同深度观测的土体含水率对模型进行分别率定；

步骤S3、耦合Slope/W模块分析基质吸力和边坡稳定的关系，从而得出不用时段，不同情境下的边坡安全系数，进而对边坡稳定性进行综合分析；基于四套土工试验数据，分别在不同降雨情景下对边坡稳定性进行分析模拟，利用阶段临界法分析得出边坡滑动降雨入渗阈值，所述四套土工试验数据包括：慢剪、三轴、有效和总应力；

步骤S1中，SEEP/W的理论公式基于饱和于非饱和土体渗流的二维达西公式：

式中，H为总水头；kx，ky分别为x，y方向的渗流系数；Q为施加的边界流量；θ为单位体积的含水量；t为时间；该方程说明在某一点处一定时间内流体流入与流出单元体的差等于土体单元储水量的变化；在SEEP/W中，假定总应力不变且瞬态孔隙的气压保持为恒定大气压，单位体积含水量的变化与孔隙水压力变化成函数关系：

式中，u_w为孔隙水压力，m_w为储水曲线的斜率，进而总水头可定义为：

式中，γ_w为水的容重，y为高程，由于高程为常量，其对时间的导数为零，则最终用于SEEP/W有限元计算的控制方程为：

；

参考黄土基质吸力与含水量关系，去除异质样本，拟合得到关系式为：

w＝12 .902×s^-0.036+5.488×s^-0.576 (7)

式中w为土壤含水量，s为基质吸力；

而土体基质吸力与渗透系数的关系则参考对非饱和土渗流及其影响参数的分析成果中基于van Genuchten模型的非饱和土导水率与有效饱和度的关系：

式中，k为非饱和土水力传导系数；k_s为饱和土水力传导系数；s_e为有效饱和度；m＝1-1/n，n为经验拟合参数，在本次模拟中取n＝4；结合其他土工试验参数建立SEEP/W模型。

2.根据权利要求1所述的基于渗流模型的边坡稳定性模拟分析方法，其特征在于，步骤S3中，

条间剪切力表示为：

X＝Eλf(x) (5)

式中，f(x)表示函数；λ为函数所用的百分数；E为条间法向力；X为条间剪切力；进而提出GLE安全系数方程组：

式中，c′为有效粘聚力；为有效摩擦角；u为孔隙水压力；N为土条底部法向力；W为土条重量；D为集中荷载；B，R，x，f，d，ω为几何参数；α为土条底部倾角。