基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质技术方案

本发明专利技术公开的基于SPH的土坡滑面分析判定方法，包括：根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；对粒子模型进行粒子搜索及配对；计算粒子密度；对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。用SPH方法对土坡从小变形到大变形的连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。

【技术实现步骤摘要】
基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质
本专利技术属于建设工程模拟信息化
，尤其涉及一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质。
技术介绍
在岩土工程领域，边坡稳定性问题是最基本的问题之一，广泛存在于天然边坡、人工边坡、挡土结构、水库大坝等结构的整体及局部稳定性分析当中。正确评价边坡的稳定性对于各类工程的安全运行极具重要意义。然而，以极限平衡法为代表边坡稳定性分析方法，确定滑面的位置和形状是其核心问题，对分析结果具有决定性和控制性作用。随着计算机性能与计算方法的不断提升与改进，以有限元为代表的数值分析方法逐步应用在岩土工程中。由于有限元方法在模拟计算大变形区域过程中会产生数值不稳定性；从初始状态到后续大变形的整个变形过程难以连续求解。所以，极限平衡状态的判断尤为重要，为了解决此类问题，计算流体动力学(CFD)建模和离散建模(如DEM)等方法逐渐发展起来。在CFD中，计算网格固定而无变形，但材料要求特殊类型的流体。故CFD针对流动问题有效，但难以解决静态变形问题。此外，基于固体力学的本构模型不易处理材料在变形过程中的应力-应变历史；而DEM离散建模不适合处理基于连续介质近似的土体本构模型。光滑粒子流体动力学方法(SmoothedParticleHydrodynamics，SPH)是一种拉格朗日无网格计算方法，可以解决大变形问题而不产生网格畸变。目前SPH方法在土坡稳定性及滑坡分析研究领域内仍存在不足，且较为热点的方法主要有两种：一种是将土坡视为弹塑性体，该方法在进行边坡滑坡前的稳定性分析时具有较高的准确性，但由于边坡失稳后的高速运动属于大变形过程，而继续用基于小变形理论的弹塑性本构模型计算该过程其适用性尚需进一步探讨。因此，目前的SPH方法在进行土坡滑坡灾害全过程分析时尚具有局限性，需要寻求一种合适的方法来对土坡滑面全过程运动进行分析是有必要的。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法、系统、终端及介质，依据SPH方法对以土坡从小变形到大变形连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。第一方面，本专利技术实施例提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法，包括：根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；对粒子模型进行粒子搜索及配对；计算粒子密度；对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，在弹塑性本构模型中，岩土体的抗剪强度采用粘聚力和土体的内摩擦角表示；根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。第二方面，本专利技术实施例还提供一种基于SPH的土坡滑面分析判定系统，包括：粒子模型生成模块、应力应变分析模块、修正调整模块和滑面分析模块，所述粒子模型生成模块用于根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；所述应力应变分析模块用于确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；对粒子模型进行粒子搜索，计算粒子密度，对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，在弹塑性本构模型中，岩土体的抗剪强度采用粘聚力和土体的内摩擦角表示；所述修正调整模块用于根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；所述滑面分析模块用于根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面，根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。第三方面，本专利技术实施例还提供一种智能终端，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行上述实施例所述的方法。第四方面，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行上述实施例所述的方法。本专利技术的有益效果：本专利技术实施例提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法，采用SPH方法对土坡从小变形到大变形的连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。本专利技术实施例提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定系统，采用SPH方法对土坡从小变形到大变形的连续求解确定土坡滑面的具体位置和形态，能更准确地预测在安全与危险的边界处的岩土材料的变形。本专利技术实施例提供的一种智能终端，与上述基于SPH的土坡滑面分析判定方法出于相同的专利技术构思，具有相同的有益效果。本专利技术提供的一种计算机可读存储介质，与上述基于SPH的土坡滑面分析判定方法出于相同的专利技术构思，具有相同的有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术第一实施例所提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法的流程图；图2为本专利技术第一实施例中的实例的模型；图3为第一实施例提供的方法得到的某一个时刻滑面的示意图；图4为第一实施例提供的方法得到的某一时刻的最大剪切应变率SPH粒子位置的分布图；图5为第一实施例中采用两种方法求解得到的滑面对比图；图6为本专利技术另一实施例所提供的一种基于SPH的土坡滑面分析判定系统的结构框图；图7为本专利技术另一实施例所提供的一种智能终端的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法，其特征在于，包括：/n根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；/n确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；/n对粒子模型进行粒子搜索及配对；/n计算粒子密度；/n对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，在弹塑性本构模型中，岩土体的抗剪强度采用粘聚力和土体的内摩擦角表示；/n根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；/n根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；/n根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SPH的土坡滑面分析判定方法，其特征在于，包括：
根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；
确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；
对粒子模型进行粒子搜索及配对；
计算粒子密度；
对土坡分别采用弹塑性本构模型进行应力应变的求解得到粒子应力应变结果，在弹塑性本构模型中，岩土体的抗剪强度采用粘聚力和土体的内摩擦角表示；
根据粒子应力应变结果判断岩土体的应力状态，采用修正方法对粒子的应力状态进行调整；
根据SPH边坡稳定性分析强度折减法对岩土体抗剪强度参数进行折减，得到边坡的安全系数及潜在滑面；
根据潜在滑面分析出滑面位置和形态。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据潜在滑面分析出滑面位置和形态具体方法包括：
根据潜在滑面确定滑面的搜索区域；
设置单次SPH粒子搜索区间；
计算单次搜索区域内的最大剪切应变率SPH粒子；
判断单次搜索区域内的最大剪切应变率SPH粒子是否连续贯通；
若是，则得到滑面的位置和形态；
若否，则在下一特定间隔时间步长时继续计算单次搜索区域内的最大剪切应变率SPH粒子。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数值处理技术包括密度计算方法、光滑核函数、粒子搜索方法、边界计算方法、时间积分方法和应力调整方法。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光滑核函数的计算公式为：
其中W(R,h)为光滑核函数，h为光滑半径，R为粒子间距与光滑半径的比值,αd在二维空间的计算公式为：αd＝15/(7πh2)，αd在三维空间的计算公式为：αd＝3/(2πh3)。


5.一种基于SPH的土坡滑面分析判定系统，其特征在于，包括：粒子模型生成模块、应力应变分析模块、修正调整模块和滑面分析模块，
所述粒子模型生成模块用于根据所需研究土坡的剖面信息，生成粒子模型；
所述应力应变分析模块用于确定计算中需要采用的数值处理技术，并设置屈服准则和时间步长；
对粒子模型进行粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡嫚，吴飞，杨啸宇，鲍安红，姜言，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50