[发明专利]基于强度折减法的海底边坡三维稳定性分析方法

摘要

本发明涉及一种基于强度折减法的海底边坡三维稳定性分析方法。该方法包括S1.选定待分析区域；S2.对待分析区域进行前处理；S3.将导出的excel文件，通过ABAQUS数值接口程序生成ABAQUS导入文件.inp；S4.构建自重应力场；S5.进行稳定性分析；S6.对数值计算结果进行分析。本发明通过ABAQUS数值接口程序，使得不仅模型能够导入ABAQUS中，并且能够正确地进行运算并得出相应的研究结果。

主权项

1.一种基于强度折减法的海底边坡三维稳定性分析方法，其特征是:包括如下步骤:S1.选定待分析区域；S2.对待分析区域进行前处理:S21.将待分析区域的数据导入GOCAD中形成三维地貌图；S22.将形成的三维地貌图导入Surfer中，并经过插值处理后形成海底表面图；S23.将海底表面图导入GOCAD中，通过由点‑线‑面‑体的顺序形成网格，组成不规则的上表面条件下的三维海底地形图；S24.将GOCAD中的三维海底地形图导出为excel文件；S3.将导出的excel文件，通过ABAQUS数值接口程序生成ABAQUS导入文件.inp，数值接口程序包括如下过程:S31.将excel文件导入到数值接口程序中；S32.对excel文件中的生成单元网格各个节点的三维坐标参数，即p0至p7的三维坐标参数，按照下表的方式进行修改:S33.从数值接口程序中导出为ABAQUS导入文件.inp；S4.构建自重应力场:S41.编写导入文件.inp，将边界条件为限制前后两面的x方向位移，左右两面的y方向唯一，底面限制其xy两面的位移；S42.编写完成后，将导入文件.inp导入ABAQUS中生成模型；S43.执行ABAQUS中的相应模块，将自重应力场中的单元中心点的六个应力分量F11、F22、F33、F12、F13、F23输出到外部文件.txt并导出；S44.删除所述外部文件.txt中数据行以外的文件，并在每个单元的数据前面增加模型名，格式为“模型名‑1.序号”，并每一行将同一个单元所属的六个应力分量用逗号分隔；S5.进行稳定性分析:S51.将转换后的重力场文件导回原ABAQUS模型之中，在模型顶部生成surface；S52.定义分析步长，并对粘聚力和内摩擦角进行折减运算,并输入到输入ABAQUS程序之中，公式如下:其中，C、分别为粘聚力和内摩擦角，Cm、分别为折减后的粘聚力和内摩擦角，F_m为强度折减系数，数值范围为0.5‑10；S53.在ABAQUS中，分析波浪载荷在t＝0、t＝0.25T、t＝0.5T和t＝0.75T时刻，分别在海床表面施加竖直方向不同时刻的波浪压力，根据微幅波理论，水体的动压力可以由式(3)表示:当z＝‑h时，海底面压力为:其中，z为波面相对高度，H为波高，σ为波动圆频率，ρ为液体密度，k为波数，h为静水面至海底的垂直距离，T为时间周期单位，每个周期为5秒；S54.利用ABAQUS对模型整体进行计算，输出变量为安全系数Fs与海底面选取点的位移；S6.对数值计算结果进行分析:S61.缩减积分单元位移等值线图分析:根据在t＝0、t＝0.25T、t＝0.5T和t＝0.75T四个时刻计算终止时，ABAQUS中分别形成的缩减积分单元位移等值线图，若出现从多个滑动面向单圆滑动面演变，再由单一滑动面向多个滑动面分离的趋势，则进行S62，其中T为时间单位；S62.通过安全系数判断海底边坡稳定性:S621.将安全系数FS与海底面选取点的位移作为输出变量，利用ABAQUS提供的Combine函数，得到不同时刻的安全系数FS随位移的变化关系图；S622.通过安全系数FS随位移的变化关系图得到安全系数值与时刻的对应关系，若安全系数值随时刻变化呈现上下起伏的波浪趋势，取安全系数值的最小值，并利用《建筑边坡工程技术规范》(GB50330‑2013)判断边坡是否稳定。