[发明专利]一种暴雨作用下的边坡模拟方法

说明书

本发明涉及一种暴雨作用下的边坡模拟方法，具体为：S1：利用OpenFOAM中的不可压缩流程序对暴雨渗流场进行建模，获得暴雨渗流场模型，利用LIGGGHTS建立边坡的土体颗粒模型；S2：将暴雨渗流场模型和土体颗粒模型导入耦合库CFDEM并设置各自的设置耦合时间步长，耦合至边坡稳定或耦合时长达到所设时间步长，获得耦合结果；S3：利用可视化后处理软件Paraview查看和分析耦合结果；其中，在LIGGGHTS中通过稳定判断命令流判断边坡是否稳定。与现有技术相比，本发明具有客观性强、准确性高等优点。

技术领域

本发明涉及暴雨入渗边坡工况模拟技术，尤其是涉及一种暴雨作用下的边坡模拟方法。

背景技术

随着社会经济水平提高，岩土工程也有了进一步发展，岩土工程数量不断增多，但同时施工难度不断加大，而且还在一定程度上对岩石边坡造成破坏，影响边坡的稳定性，因此需对边坡的稳定性进行分析。在岩土工程中，自然降水对边坡的稳定性影响最大，不同的降水量对边坡的影响也不一样，当雨水渗透到土体中，会促使土体空隙压力逐渐呈上升趋势而土体的应力下降，边坡稳定性下降，在暴雨情况下更为严重。

目前岩土领域数值计算最常用的方法是有限元法，形成了相当成熟的理论体系，但有限元法假定变形连续，因此无法模拟裂缝等断裂问题；另外如果单元遭遇大变形，有限元法的计算结果也不准确，尤其是在模拟土体这种散体材料时，有限元不能真实反映土体颗粒的物理力学性质，因此离散元更适合模拟岩土领域问题。

传统离散元流固耦合模拟如PFC和FLAC耦合、PFC和FLUENT耦合只能模拟流体对颗粒的作用，模拟效果不佳，无法反映真实场景，同时上述软件都只能采用软件内的现有命令流，操作的局限性大，而且模拟的时长和结束条件很大程度上依靠人为主观判断，准确性不高，操作盲目性大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种暴雨作用下的边坡模拟方法，客观性强、准确性好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种暴雨作用下的边坡模拟方法，具体为：

S1：利用OpenFOAM中的不可压缩流程序对暴雨渗流场进行建模，获得暴雨渗流场模型，设置速度和压力边界条件，利用LIGGGHTS建立边坡的土体颗粒模型，设置土体参数；

S2：将暴雨渗流场模型和土体颗粒模型导入耦合库CFDEM，所述的土体颗粒模型的耦合时间步长为0.0001，所述的暴雨渗流场模型的耦合时间步长为0.005，在CFDEM项目目录下打开终端，输入./Allrun.sh，耦合至边坡稳定或耦合时长达到所设时间步长，获得耦合结果，过程中将CFD和DEM文件夹中的运行结果导入可视化后处理软件Paraview，查看和分析实时耦合状态；

S3：利用可视化后处理软件Paraview查看和分析耦合结果；

其中，通过改变暴雨渗流场模型的速度和压力边界条件以及边坡坡角进行边坡稳定性分析，所述的速度和压力边界条件对应为暴雨雨水的入渗速度，通过稳定判定命令流判定该特定状态下的边坡是否处于稳定状态。

进一步地，如果在耦合时长达到所设时间步长前边坡稳定并且边坡的位移在安全范围内，判定在对应的暴雨渗流场模型下边坡安全稳定，如果在耦合时长达到所设时间步长前边坡稳定并且边坡的位移超出安全范围，判定在对应的暴雨渗流场模型下边坡失稳，需要加固措施，如果在耦合时长达到所设时间步长后边坡仍未稳定，判定在对应的暴雨渗流场模型下边坡失稳，需要采取加固措施，安全范围由工程规范确定。

其中，在LIGGGHTS中加入稳定判断命令流以判断边坡是否稳定，所述的稳定判断命令流具体为：

当边坡满足以下2个条件即判定为稳定状态：