1.基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:收集土石坝的基本资料,包括坝体级别、坝型、剖面参数、材料物理力学参数标准值及水库特征水位;步骤2:通过渗流有限元分析,获取不同工况下坝体及坝基的渗流场与浸润线分布;步骤3:根据坝体与坝基材料特性及工程经验,确定滑面类型与初始滑裂面位置;步骤4:将滑动土体划分为若干土条,计算各土条所受的外力以及土条底面的材料类型;步骤5:采用坝坡稳定分析的简化方法,基于假定的线性抗剪强度指标标准值计算初始分项系数安全裕度η 0 ;步骤6:通过各土条的静力平衡方程计算各土条底面的初始有效法向应力σ n,0 、初始剪应力τ f,0 及初始小主应力σ 3,0 ;步骤7:根据土条底面小主应力计算Duncan非线性强度指标对应的线性抗剪强度标准值 和c k ;步骤8:根据规范建议的材料性能分项系数γ f 和γ c ,计算线性强度设计值 和c d ,采用稳定分析的严格方法重新计算分项系数安全裕度η 1 ,同时计算土条底面的应力状态,包括有效法向应力σ n ,剪应力τ f 与小主应力σ 3 ;步骤9:迭代执行步骤7至步骤8,直至η 1 与η 0 的差值小于满足收敛条件,输出最终分项系数安全裕度;步骤10:通过优化算法调整滑裂面位置,重复步骤4至步骤9,确定最小安全裕度对应的临界滑裂面位置。
2.根据权利要求1所述的基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,所述步骤5中,所述稳定分析的简化方法为:当滑裂面为圆弧时,采用瑞典圆弧法根据假定的线性抗剪强度指标标准值计算坝坡稳定的初始分项系数安全裕度η 0 ;当滑裂面为非圆弧时,采用陆军工程师团法根据假定的线性抗剪强度指标标准值计算坝坡稳定的初始分项系数安全裕度η 0 。
3.根据权利要求1所述的基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,所述步骤7中的具体计算过程为:对于粗粒土,Duncan提出的非线性强度关系式为:式中: 为Duncan非线性强度指标,σ 3 为小主应力, 为Duncan非线性强度模型对应的摩擦角,p a 为大气压;结合Mohr-Coulomb强度准则进行线性化处理,通过Taylor级数展开并忽略二阶无穷小量,得到线性抗剪强度指标 和ck的表达式为:
4.根据权利要求1所述的基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,所述步骤8中,所述稳定分析的严格方法为:当滑裂面为圆弧时,采用简化Bishop法;当滑裂面为非圆弧时,采用Morgenstern-Price法。
5.根据权利要求1所述的基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,所述步骤9中的收敛条件为前后两次计算的分项系数安全裕度差值绝对值小于ε,ε一般取1.0×10 -5 ,即|η 1 -η 0 |≤ε。
6.根据权利要求1所述的基于Duncan非线性抗剪强度关系线性化的土石坝坝坡稳定分项系数设计方法,其特征在于,所述步骤10中,优化算法为遗传算法或粒子群算法。