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原文传递一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法

专利名称：	一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法
摘要：	本发明涉及一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，包括：S1、建立土体气‑液‑固多场耦合子模型；S2、建立土体气‑液‑固多场耦合的粘弹塑性模型；S3、建立非线性变损伤力学模型；S4、建立气‑液‑固‑流变损伤多场耦合模型；S5、获取滑坡最大位移，计算流固耦合作用下的高位岩质滑坡安全系数；S6、动态评价高位岩质滑坡稳定性：首先进行安全性判断，之后进行稳定性判断。与现有技术相比，本发明建立的气‑液‑固‑流变损伤多场耦合模型更加贴合高位岩质滑坡的实际情况，结合动态的滑坡最大位移和滑坡安全系数，有利于降雨之后及时对滑坡稳定性进行准确且有效的评价。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	同济大学
发明人：	许建聪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910406610.4
公开号：	CN110261573A
代理机构：	上海科盛知识产权代理有限公司
代理人：	赵继明
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	200092 上海市杨浦区四平路1239号
主权项：	1.一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、通过土体非饱和/饱和土渗透试验，获取渗透系数和吸力计算参数，建立土体气-液-固多场耦合子模型； S2、通过土体非饱和/饱和土三轴流变试验，运用非饱和土力学、饱和-非饱和土的普遍有效应力理论、岩土力学的流变原理、流变损伤力学和多场耦合理论，建立土体气-液-固多场耦合的粘弹塑性模型； S3、根据土体气-液-固多场耦合子模型和粘弹塑性模型，建立非线性变损伤力学模型； S4、将土体气-液-固多场耦合子模型、粘弹塑性模型和非线性变损伤力学模型嵌入ABAQUS有限元与离散元耦合数值分析平台，建立气-液-固-流变损伤多场耦合模型； S5、基于气-液-固-流变损伤多场耦合模型，获取滑坡最大位移，采用流固耦合数值流形元法和三维粘弹塑性有限元强度折减法，计算流固耦合作用下的高位岩质滑坡安全系数； S6、动态评价高位岩质滑坡稳定性：根据滑坡最大位移和滑坡安全系数判断该高位岩质滑坡是否安全，根据安全和不安全的结果数量判断高位岩质滑坡是否稳定，其中，若滑坡最大位移小于或等于第一预设阈值，且滑坡安全系数大于或等于第二预设阈值，判断该高位岩质滑坡为安全的，否则判断为不安全的；若判断为安全的结果数量大于或等于判断为不安全的结果数量的M倍，则最终判断该高位岩质滑坡为稳定的，否则判断为不稳定的，其中，3≤M≤5。 2.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S1中建立土体气-液-固多场耦合子模型的具体过程为： S11、通过高位岩质滑坡表层土和滑动带土体的非饱和/饱和土渗透试验获取渗透系数和吸力计算参数； S12、依据岩土体的动量平衡方程、能量平衡方程以及连续介质力学的动量、质量和能量守恒定律，同时考虑水和气的相变、液体中的气体溶度、水分转移和膨胀，以固体位移、毛细压力、孔隙水压力、孔隙气压(干燥气压和蒸汽压力等)和孔隙率作为未知变量，建立土体的气场、渗流场、应力场和形变场的多场耦合数学模型。 3.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S2中粘弹塑性模型具体为考虑气场、渗流场、应力场和形变场多场耦合的粘性土或含碎石粘性土的粘弹塑性模型。 4.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S3中非线性变损伤力学模型中包含降雨强度、雨型、孔隙气压、土体含水量、渗透系数、基质吸力、抗剪强度和粘度变量参数。 5.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S4中气-液-固-流变损伤多场耦合模型具体为可变粘度的气-液-固-流变损伤多场耦合模型，所述可变粘度随剪切应力、含水率和时间的不同发生对应变化。 6.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S5中流固耦合数值流形元法考虑了降雨入渗、节理裂隙开度变化和裂纹扩展。 7.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤： S51、通过所述步骤2的三轴流变试验，根据试验数据得到拟合常数E和η，以建立软弱夹层岩土体的流变模型：式中，Δεcr为蠕变增量，E为弹性模量，Δt为时间增量，η为粘滞系数，为应变速率，σ为剪应力，为应变速率对剪应力的偏导数，Δσ为剪应力增量，其中，剪应力σ和剪应力增量Δσ的数值是由有限元稳定性计算迭代确定的。 S52、基于所述步骤S41的流变模型，采三维粘弹塑性有限元强度折减法，对抗剪强度指标C和进行强度折减计算，得到折减后的对应的虚拟抗剪强度指标CF和 CF＝C/FS 式中，C是岩土体的粘聚力，是岩土体的内摩擦角，FS为每时步的边坡岩土体抗剪强度指标C和的折减系数。 S53、以虚拟抗剪强度指标CF和取代抗剪强度指标C和由ABAQUS软件对每时步的虚拟抗剪强度指标CF和进行有限元稳定性计算，通过不断折减直至有限元稳定性计算不收敛，此时的折减系数FS即为滑坡安全系数。 8.根据权利要求1所述的一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤： S61、在降雨及雨后的N天，以每T个小时进行一次安全性评价：若滑坡最大位移小于或等于第一预设阈值，且滑坡安全系数大于或等于第二预设阈值，判断该高位岩质滑坡为安全的，否则判断为不安全的，由此得到判断为安全的A个结果和判断为不安全的B个结果，其中，N＝5，T＝1； S62、若A≥B*M，则判断该高位岩质滑坡为稳定的，否则判断该高位岩质滑坡为不稳定的，其中，M＝4。
所属类别：	发明专利