[发明专利]一种基于降雨入渗的边坡稳定性数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于降雨入渗的边坡稳定性数值模拟方法，包括：步骤1，基于室内土工试验确定边坡岩土体的土水特征曲线、渗透系数曲线以及有效抗剪强度参数；步骤2，根据边坡野外地质调查数据绘制典型地质坡面，建立边坡模型，并对边坡模型进行网格划分；步骤3，对边坡模型进行初始水力边界条件赋值并运行，获得边坡的初始稳态渗流场；步骤4，基于计算获取的初始稳态渗流场，在SEEP/W模块中搭建瞬态渗流边坡模型；步骤5，修改瞬态渗流边坡模型边界条件，在边坡模型表面施加降雨并运行，获取边坡不同降雨时刻的瞬态渗流场；步骤6，将不同降雨时刻的瞬态渗流场耦合至SLOPE/W模块，计算不同降雨时刻的边坡安全系数，评价降雨条件下边坡稳定性。

技术领域：

本发明涉及一种边坡稳定性分析方法，尤其涉及一种基于降雨入渗的边坡稳定性数值模拟方法。

背景技术：

边坡失稳是一种常见的地质灾害，大量的边坡失稳实例表明，降雨是诱发滑坡、泥石流等地质灾害的主要因素之一。据统计资料显示，滑坡在地质灾害中所占比例高达51％，其中因降雨诱发的滑坡地质灾害比重约占滑坡总数的90％。降雨诱发滑坡的主要原因是雨水入渗致使土体的体积含水量增加，土体孔隙水压力升高，从而降低边坡的抗剪强度，引起边坡稳定性下降，致使边坡发生失稳破坏。

目前，针对边坡降雨入渗问题基本采用有限元的手段来实现渗流场以及边坡稳定性的分析，国内外专家学者已开展大量的研究工作，并已形成较为成熟的理论体系。但就数值模拟工作而言，要想准确地模拟降雨入渗对边坡渗流场以及稳定性的影响，给出正常工况下的边坡稳定渗流场这一初始条件显得尤为重要。有关初始稳态渗流场的获取，专家学者们并没有开展相关的研究。在模拟过程中，仅把坡体内部非饱和带处的基质吸力默认为与深度正相关的函数。而关于坡体内部非饱和带处的基质吸力并非简单的与深度呈正相关的关系。Sweeney(1982)在边坡上开挖两个混凝土观测井，在井中在不同深度处安置张力计，对边坡非饱和带处的基质吸力进行长达一年的观测，观测结果表明边坡非饱和带处不同深度的基质吸力基本分布在20kPa-30kPa。Limetal(1996)对残积土边坡的基质吸力开展研究，其结果显示残积土边坡的基质吸力均值在20kPa左右。因此，把坡体内部非饱和带处的基质吸力默认为与深度正相关的函数是不准确的，这种初始稳态渗流场的赋值方式势必会对数值模拟结果产生一定的影响，导致模拟结果不准确，对边坡的防治工作带来麻烦。

发明内容：

对于现有模拟手段存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于降雨入渗的边坡稳定性数值模拟方法，计算过程简便、计算效率高、计算结果准确。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

步骤1，确定边坡岩土体的土水特征曲线、渗透系数曲线以及有效抗剪强度参数c’，和

步骤2，利用Geo-Studio软件中的SEEP/W模块搭建边坡模型，并对边坡模型进行网格划分。

步骤3，在SEEP/W模块中对边坡模型进行初始水力边界条件赋值并运行，获得边坡的初始稳态渗流场。

步骤4，基于SEEP/W模块的计算结果，获取边坡模型的初始稳态渗流场，并在SEEP/W模块中搭建瞬态渗流边坡模型。

步骤5，修改瞬态渗流边坡模型边界条件，在边坡模型表面施加降雨并运行，获取边坡不同降雨时刻的瞬态渗流场。

步骤6，将不同降雨时刻的瞬态渗流场耦合至SLOPE/W模块，计算不同降雨时刻的边坡安全系数，评价降雨条件下边坡稳定性。

进一步地，土水特征曲线采用Fredlund-Xing体积含水率函数拟合所得，Fredlund-Xing体积含水率函数表达式为：