(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210549070.7 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 (72)发明人 刘京茂　邹德高　姜秋婷　金伟　 朱先文　陈楷　屈永倩　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力 计算预测方法 (57)摘要 一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力 计算预测方法， 该方法包括以下步骤： 1.根据有 效应力原理， 耦合广义塑性本构 模型和孔隙流体 本构模型， 建立流土耦合本构模型； 2.根据心墙 料常规三轴排水试验和工程现场实测资料， 得到 流土耦合本构 模型参数值； 3.建立土石坝有限元 计算模型； 4.将有限元计算模型导入有限元分析 软件， 计算高心 墙土石坝施工期心 墙的孔隙水压 力和变形。 该方法充分利用了高心 墙土石坝施工 期心墙的饱和度较高， 渗透系数极小， 土骨架与 孔隙流体呈同步变形的特性； 很容易在单相介质 中实现， 避免了已有心墙孔隙水压力计算方法中 矩阵病态、 求解速度慢、 易失败的问题， 可为高心 墙土石坝心墙安全评价提供理论支撑和技术手 段。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 114970258 A 2022.08.30 CN 114970258 A 1.一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力计算预测方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： a.根据土中总应力增量由土骨架传递的有效应力增量和孔隙流体传递的孔隙水压力 增量组成的有效应力原理， 耦合广义塑性本构模型和 孔隙流体本构模型， 建立考虑土骨架 和孔隙流体相互作用的流土耦合本构模型； b.根据心墙料常规三轴排水试验， 得到步骤a流土耦合本构模型中土骨架的模型参数 值； 根据工程现场心墙料的含水率、 孔隙率和干密度实测资料， 得到饱和度实测值， 进而得 到孔隙流体的模型参数值； c.建立有限元计算模型， 其中心墙采用步骤a和b中的流土耦合本构模型， 计算高心墙 土石坝施工期心墙的孔隙水压力和变形。 2.根据权利要求1所述的一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力计算预测方法， 其 特征在于， 所述广义塑性本构模型考虑了筑坝料 的压力相关性， 可较好地模拟筑坝料明显 的弹塑性变形特性， 用于计算土骨架传递的有效应力， 有效应力增量矩阵和应变增 量矩阵 的关系如下： dσ'＝Dep:dε                     (1) 式中： dσ'为有效应力增 量矩阵； dε为应变增 量矩阵； Dep为土骨架广义塑性本构矩阵； K 和G分别为 弹性体积模量和剪切模量； pa为一个大气 压； p'为平均有效应力； HL和Hu分别为加 载塑性模量和卸载塑性模量； Hden为循环致密性系数； Hf， Hv和Hs为塑性系数； Mg是平均有效 应力‑广义剪应力(p' ‑q)平面上临界状态线的斜率； ηu为卸载应力比； HDM为应力历史函数 K0， G0， H0， Hu0， γu， ms， ml， mu， mv为模型参数； 所述孔隙流体本构模型中， 孔隙流体是由水和封 闭气泡混合而成， 其压缩性由气体和 水共同决定， 孔隙水压力增量矩阵与应 变增量矩阵关系表示 为： dpw＝Dw:dε                (6) dpw＝[dpw dpw dpw 0 0 0]T              (7) 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970258 A 2式中： dpw为孔隙水压力增量矩阵； Dw是孔隙流体本构矩阵； dpw为孔隙水压力增量； Kaw为 孔隙流体体积压缩模量； I是元素都为1的3 ×3矩阵， 0为3 ×3的零矩阵； n是孔隙率； Kf是纯 水的体积压缩模量； pw是孔隙水压力； S是饱和度； S0是饱和度 初始值； k 是空气在水中的体积 溶解系数； 根据公式(1)和(6)， 得到流土耦合本构模型中心墙总应力增量矩阵与应变增量矩阵关 系表达为： dσ ＝(Dep+Dw):dε       (11) 式中， dσ 为总应力增量矩阵。 3.根据权利要求1和2所述的一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力计算预测方法， 其特征在于， 所述的有限元计算模型可采用二维或三维模型， 其中心墙中输入的饱和度初 始值根据步骤b中饱和度实测值的分布规 律随机生成。 4.根据权利要求1和2所述的一种高心墙土石坝施工期心墙孔隙水压力计算预测方法， 其特征在于， 所述的饱和度和孔隙流体体积压缩模量， 进行计算时根据相应单元高斯点的 孔隙水压力以及公式(9)和(10)进行实时更新。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970258 A 3