一种强降雨条件下生态土工格栅护坡稳定性分析方法与流程

本发明属于水利工程，具体涉及一种强降雨条件下生态土工格栅护坡稳定性分析方法。

背景技术：

1、我国受地质灾害影响，因此对于边坡的加固是首要任务。当需要进行护坡时，选择使用生态土工格栅具有多种优势。首先，生态土工格栅护坡是一种环保的选择，采用天然材料制成，与周围环境相融合且不会对环境造成污染。其次，生态土工格栅护坡具有良好的透水性和透气性，通过植被和透水层的结构可以减缓降雨的冲击并增加渗透和蓄存量。此外，其网格结构能够有效抵御水流的冲击和侵蚀，保持护坡的稳定性。生态土工格栅护坡还具有适应性强的特点，适用于各种地形和土壤条件，同时施工简便、成本低廉。

2、而对生态土工格栅护坡进行失稳监测的重要性在于及时发现和评估潜在的风险，以保障护坡的稳定性和安全性。首先，由于自然环境的变化、降雨等因素的影响，护坡可能存在失稳的风险，如土壤侵蚀、松散、滑动等问题。通过监测，可以及早发现这些潜在问题，采取相应的措施进行修复和加固，避免发展成严重的灾害。其次，失稳监测也有助于评估护坡的健康状况和使用寿命，为维护和管理提供科学依据。定期的监测数据可以提供护坡的变化趋势和性能评估，帮助决策者制定合理的维护计划和工程措施。总体而言，对生态土工格栅护坡进行失稳监测是一项重要的预防措施，可以减少潜在风险，提高护坡的稳定性和可靠性，保护周围环境和生命安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种强降雨条件下生态土工格栅护坡稳定性分析方法，该方法有利于快速分析降雨作用对生态土工格栅护坡稳定性的影响，进而减少潜在风险，提高护坡的稳定性和可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种强降雨条件下生态土工格栅护坡稳定性分析方法，包括如下步骤：

3、步骤1：选取任一段生态土工格栅护坡构建等效均质的护坡计算模型；

4、步骤2：运用mq-rbfcm模型离散饱和-非饱和渗流控制方程及第一、二类边界条件，在计算域内及边界处布点分别满足离散控制方程及边界条件，建立代数方程组，计算未发生降雨作用时生态土工格栅护坡内的稳态渗流场，分析该情况下护坡的自由液面；

5、步骤3：以步骤2中得到的稳态渗流场作为瞬态渗流问题分析的初始状态，施加降雨强度q，进行瞬态分析；

6、步骤4：结合孔隙水压力的刚体极限平衡法依次求出护坡任一时刻的孔隙水压力分布情况，计算护坡各个时刻的安全系数以及临界滑裂面的变化规律，用于分析生态土工格栅的稳定性。

7、进一步地，所述步骤1中，根据实际工程的生态土工格栅护坡，选取其中一段构建等效均质的护坡计算模型，构建护坡计算模型输入的参数包括：坡高h、坡顶宽b、坡角ψ、内聚力c、内摩擦角φ、土体天然重度γg、饱和重度γs、饱和渗透系数ks、非饱和土中土壤孔隙大小分布系数αg、饱和含水率θs、残余含水率θr和降雨强度q。

8、进一步地，所述步骤2中，运用mq-rbfcm模型离散饱和-非饱和渗流控制方程及第一、二类边界条件，将计算区域离散成n个点，区域边界点满足边界条件，内部点满足离散控制方程，建立n个代数方程，计算未发生降雨作用时生态土工格栅护坡内的稳态渗流场，分析该情况下护坡的自由液面；具体包括以下步骤：

9、201)mq-rbfcm模型中xyt三维饱和与xzt三维非饱和原渗流控制方程与离散控制方程，以及第一类边界条件—定压力水头边界和第二类边界条件—定流量边界的原控制方程与离散控制方程如下：

10、

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13、

14、式(1)为xyt三维饱和原渗流控制方程，式(2)为xzt三维非饱和原渗流控制方程，式(3)、(4)为对应的离散控制方程；

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17、式(5)、(6)分别为两类边界条件的控制方程；

18、满足式(1)控制方程的饱和渗流模型下的第一、二类边界条件分散为：

19、

20、

21、满足式(2)控制方程的非饱和渗流模型下的第一、二类边界条件分散为：

22、

23、

24、202)利用配点法将区域离散成n个点，n个区域边界点满足边界条件，m个内部点满足离散控制方程，建立n＝m+n个代数方程，求解n个待定系数：

25、当考虑稳态渗流时，即式(3)、(4)等于0；

26、

27、式中，gn(x,y)＝q cosψ；

28、203)通过矩阵计算得到待定插值系数λj，计算未发生强降雨作用情况下生态土工格栅护坡内的稳态渗流场，运用稳态饱和土控制方程式求得控制域内及边界上点的总水头h；由于自由面是待定的，属于非线性问题，因此先给出自由面的初始猜值，再进行迭代求解，若所求自由面收敛于给定的精度之下则求解非饱和区，运用稳态非饱和土控制方程式求得控制域内及边界上点的压力水头h*；将得到的非饱和区各点压力水头h*与饱和区各点总水头h一起以压力水头h*表示，即为生态土工格栅护坡内的稳态渗流场，控制方程如下：

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31、进一步地，所述步骤3中，由于降雨的作用，自由面会发生移动，因此在进行瞬态分析时，每一个计算步后都需要重新确定浸润线的位置，重新分区再整合；通过稳态分析得到稳态渗流场作为瞬态渗流场的初始状态h0(h0*)，根据自由面位置对生态工程护坡饱和、非饱和土体进行分区，当土体为饱和或非饱和土时，依据步骤2中的求解过程计算饱和土或非饱和土两种条件下对应的水头值，利用t0时刻的初始状态总水头h0和压力水头h0*，求得t1时刻的h1和h1*，循环以上过程，求得各个时刻的渗流场，即瞬态渗流场。

32、进一步地，所述步骤4中，依据stab程序，结合孔隙水压力的刚体极限平衡法依次求出护坡任一时刻的孔隙水压力分布情况，计算护坡各个时刻的安全系数以及临界滑裂面的变化规律，用于分析生态土工格栅的稳定性；具体包括以下步骤：

33、401)在程序页面中输入边界点以及步骤3中求得的各时刻自由液面的位置，导入护坡计算模型，连接自由液面上的节点位置，并输入基本信息；然后，输入护坡计算模型的固有土层力学参数，并假设初始滑裂面为圆弧滑裂面，选择简化毕普肖法，运行计算得到各个时刻的安全系数；

34、402)由于stab程序在计算孔隙水压力分布时，只考虑了滑裂面上的孔隙水压力，无考虑土体滑裂面两侧所受的孔隙水压力，根据临界滑裂面的位置变化情况，判断非饱和区的临界滑裂面上的孔隙水压力在降雨强度大于饱和渗透系数和小于饱和渗透系数的变化，从而探知雨水渗透情况，用于分析生态土工格栅的稳定性。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明利用mq-rbfcm求解稳态和瞬态渗流场，采用考虑孔隙水压力的刚体极限平衡法对生态土工格栅护坡稳定性进行分析，将渗流场以孔隙水压力的形式进行稳定性分析，得到各个时刻的生态土工格栅护坡安全系数以及临界滑裂面等信息。本发明可以快速且简洁地分析强降雨条件下对生态土工格栅护坡稳定性的影响，研究分析护坡的稳定性，可以减少潜在风险，提高护坡的稳定性和可靠性，保护周围环境和人民的安全。