CN112257140B - 一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，其包括：获取计算海域的波浪特征参数及海底土体强度参数；基于波浪动力特征和土体强度参数建立数值模型；分别基于数值造波和有限元强度折减法对波浪场动力模型和海底边坡数值模型进行分析，得到边坡稳定安全系数；基于波浪和边坡相对位置不同得到一定坡率下的稳定性变化分析估计。本发明可以估计水下边坡受波浪荷载下的稳定系数，为水下临时边坡施工坡率选择提供便利。本发明利用数值模拟计算的便利，基于不同的设计参数和计算工况，得到优化后的设计坡率。满足一定安全性要求的同时，减小整个基槽的土方开挖及回填量，一定程度上减少对海底自然生态环境的破坏。

Description

一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法

技术领域

本发明涉及海底监测技术领域，尤其是一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法。

背景技术

波浪荷载下水下人工边坡的稳定性判别是近海工程建设需要考虑的基本问题，如水下管道、防波堤和沉管隧道。水下边坡失稳问题在近海工程建设中是个常见问题，滑坡的发生往往伴随着边坡结构以及周围结构物的破坏。所提及的近海工程结构物、预埋式结构物通常在干坞预制完成后放置于海床沉积物开挖后的临时基槽中，之后进行回填。

由于人工开挖形成的基槽和水下边坡引起应力释放，新形成的边坡没有在波浪、海流、潮汐作用的作用下压实，因此稳定性相应较弱。同时，对于这些临时人工水下边坡的稳定性判别对工程安全性和经济性有很大影响。如坡率较大(较陡)的稳定边坡可以同时满足安全和经济合理要求，减小沉积物搬运回填量和海底生态环境扰动。

目前已有多种方法用于判别边坡稳定性，如极限平衡法(LEM)和强度折减法(SRM)。由于传统的极限平衡法不需要考虑土体内部复杂的应力-应变关系，已被广泛用于工程实践。而强度折减法的迅速发展得益于计算机技术的进步，其相较于极限平衡法有以下优点：不需要对内部剪应力成层分布进行假定，土体的力学性能表现可以被更合乎实际地描述。

强度折减法的定义为：在外荷载保持不变的情况下，边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。这里定义的抗剪强度折减系数，与极限平衡分析中所定义的土坡稳定安全系数在本质上是一致的。处于极限滑动状态的滑动面满足摩尔-库伦强度准则，在对模型施加重力荷载和抗剪强度参数折减进而引起剪应变后，可以自动产生临界滑动面。更为重要的是，强度折减法不仅适用于具有复杂边界条件和复杂加载条件的地形，同时可以得到很多重要数据，如应力、位移和孔压。

数值分析方法是基于滑坡体内部应力、应变特征，通过本构模型来分析海底斜坡的变形和稳定性问题。常用的数值分析方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。数值方法的优点是可以得出斜坡内部各部位的稳定状态，可以描述应变和应力的发展过程，可以解释失稳发生的机制，还可以定量估计海底斜坡的稳定性。

开发一种海底人工边坡稳定性计算方法，采用强度折减法和有限元数值分析结合的手段对海底斜坡的失稳过程进行模拟。同时，基于动量源造波的有限元数值方法可以与海床边坡失稳判别形成耦合机制，对海底边坡失稳形态识别、失稳过程模拟进行全面的衡量。如此在行进波动水压力下的边坡稳定性定量判断、求解海底边坡失稳变形的演变过程，对近海工程建设和海底开采过程中的海底稳定性问题具有重要的指导价值和工程实践意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术和方法中存在的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种海底临时边坡稳定性的计算方法，对近海工程人工开挖形成的海底边坡受波浪荷载影响下的稳定性进行定量分析。

技术方案：本发明提出一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，该方法包括以下步骤：

首先，构建波浪场动力模型，造波的波浪参数取自计算海域，包括波高、波周期、波长、水深、波向角，采用动量源造波实现模拟波浪传递区域的特征波浪形态，采用动网格和水平集方法实时捕捉自由水面；

其次，在海底边坡数值模型中通过有限元方法计算出输入波浪压力下的海床孔隙压力，同时采用有限元强度折减法进行海底边坡稳定性数值模拟计算，结合上述波浪场动力模型和海底边坡数值模型实现海底边坡稳定性及优化坡率耦合计算；

海底边坡数值模型的构建首先需要选取必要的计算参数，随后构建有限元模型并通过控制方程描述相应物理场，最后设定相应初始条件和边界条件以及剖分合适的网格使得模型可以计算，通过求解偏微分方程组得到控制方程中的计算变量，首先在波浪动力模型中得到流速和压力结果，其次计算海底边坡数值模型得到土体的应力和应变结果，最终通过强度折减法计算出海底边坡的安全储备系数；

在满足计算要求的前提下，对海底边坡数值模型进行如下五点定义：一是海床底部和两侧无渗流和变形发生；二是波浪运动的细部破碎和非线性变化不在计算范围内；三是波浪底压力等于海床表面处孔压；四是海床沉积物的力学性能遵循摩尔-库伦强度准则；五是多孔介质海床孔隙内部流体运动符合达西定律；

通过波浪场动力模型模拟计算区域的特征波浪形态，将波浪场动力作用下的实时波浪底压力输入达西定律和摩尔-库伦本构描述的海底边坡数值模型进行耦合计算，通过改变折减系数对土体强度参数进行折减，在某一折减系数下得出海底边坡最终的滑动破坏形态和相应安全储备系数FOS，亦即最终返回折减系数值。

进一步的，海底边坡数值模型建立过程中的参数需要收集特定计算海域内的实际参数值，首先赋予波浪及流体运动参数，同时赋予人工海底边坡相应的物理力学参数，计算参数包括波浪参数和土体参数：波高H、波周期T、波长L、水深d、水体密度ρ_w、上层海床厚度h₁和下层海床厚度h₂、剪切模量G、泊松比υ、弹性模量E、土体渗透系数k_f、饱和度S_r、土体密度ρ_s，所述土体物理力学参数包括有效重度、弹性模量、剪切模量、泊松比、有效内聚力、有效内摩擦角和体积模量、压缩性、渗透系数。

进一步的，在实现模型计算之前需要进行几何模型建立和网格剖分，包括以下步骤：

建立波浪运动和海底边坡几何模型，将人工海底边坡坡顶作为X、Y坐标原点；

所述海底边坡数值模型建立过程中的几何参数包括基槽底部宽度、基槽深度、斜坡坡角、沉积物各分层层厚，几何模型建立参考钻孔设计参数和基槽设计参数，在建筑绘图软件AutoCAD中完成之后导入有限元计算软件中；

根据各物理场计算特性划分物理网格，具体的划分参数包括：最大最小单元尺寸、单元增长率、曲率因子、迭代平滑次数、细分方法，之后对边界条件界定，在基槽开挖部分对海床土体的网格进行局部细化，从而更加细致地捕捉滑动破坏的形状和破坏面。

进一步的，所述海底边坡数值模型的目的在于分析工程活动形成的人工海底边坡的稳定性，受静水压力和波浪压力作用下土体产生的渗流压力及受力破坏形态，进而得到一定波浪条件、几何边界条件下的海底斜坡安全系数。

进一步的，由于需要计算海底边坡稳定性随动态波浪压力的变化而变化，需要对模型计算先后顺序进行定义，首先选用瞬态求解器解出波浪运动状态下实时变化的压力场和流速场；其次基于波浪波峰位置距离水下边坡坡顶距离的不同，选用不同特征时刻下的波浪底压力，导入海底边坡数值模型；随后对不同时刻波浪压力作用下的海床，采用稳态求解器计算强度折减后的海底斜坡失稳形态和安全系数；最后综合比选出此边坡在波浪动水压力下的安全系数FOS最小的情况，所述有限元强度折减法计算包括以下步骤：

1)依据海底边坡数值计算模型，定义土体本构关系和海底边坡土层的物理力学参数，确定边界条件和开挖后土体的初始固结状态，确定折减系数的计算预定初始值和计算精度，导出海底斜坡初始应力、应变场并作为后续计算基础，分析海底斜坡的内部应力和变形；

2)按照行进波的波峰距海底边坡坡顶的几何位置D不同，分为若干工况计算不同波浪底压力下的边坡稳定系数，取D＝-20～0m，间隔2.5m为一个计算工况，共计P1-P9九个工况，由此分析行进波浪动压力作用下的边坡稳定性变化，采用达西定律计算多孔介质海床孔隙中的渗流压力：

式中，u_s为海床中的渗流速度，k_f是土体渗透系数，μ为孔隙流体动态粘度，

是拉普拉斯算子，p_s是渗流压力；

3)按选定步长增大强度折减系数，最终计算结果亦即安全储备系数，按照式(2)、(3)计算折减后的抗剪强度参数，

式中：c_re、φ_re分别为海床土体折减后的有效内聚力和有效内摩擦角；c′、φ′分别为土体有效内聚力和有效内摩擦角，折减系数FOS初始值设置为预设值，之后以固定步长增大；

在每一步计算前将折减后的土体强度参数重新赋值给海底边坡计算模型，随着FOS值不断增大，海底斜坡土体的抗剪强度参数不断折减，直到计算模型不收敛，海底边坡发生失稳破坏，同时计算模型导出边坡滑动具体形态和相应安全系数；

在强度折减计算中，采用摩尔-库伦准则判别边坡的剪切破坏，计算得到最终的边坡具体破坏形态，所采用判别公式为：

式中，c′和φ′分别为代入计算的土体有效内聚力和有效内摩擦角，σ_n为正应力，τ_f为土体内部切应力。

进一步的，采用波峰距离坡顶的相对位置D确定行进波的位置变化，以此准静态方式模拟行进波的动态变化对海底边坡稳定性的影响，计算收敛条件的设定原则为：每个折减系数计算时步长设置为4500步，相对容差设置为0.001，以每次循环计算的相对容差是否小于0.001作为收敛条件。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果；

本发明定量分析了近海工程施工对海底斜坡不稳定的影响，采用强度折减法与有限元结合的方法对海底临时边坡的施工过程进行了建模与模拟分析。同时基于动量源造波实现不规则海底条件下的运动波浪模拟，耦合模型提高了对实际工程环境的还原；基于摩尔-库伦判别准则和达西定律提出海底多孔介质沉积物的渗流破坏模式；最后通过有限元数值模拟手段结合强度折减法，探讨波浪动力作用模式下开挖后水下临时边坡对坡角的敏感性、边坡的稳定性及失稳变化过程。

本发明与现有技术相比，先根据工程所在地的海洋环境和地质环境条件，遴选出影响海底边坡稳定的关键性地质因素；通过分析对工程影响的因素，构建波浪运动子模型和海底边坡稳定性影响估计体系子模型；通过钻孔资料等工程勘测信息，根据遴选出的海底边坡稳定性地质因素，构建海底边坡地质力学模型和多孔介质渗流模型；最后，基于摩尔-库伦判别准则，提出估计海底边坡稳定性的数学方法，即有限元强度折减法，对波浪动荷载诱发海底临时人工边坡的失稳破坏及海底边坡失稳的演变过程进行模拟。其计算精度高，原理清晰明确，计算高效，耦合过程重点模拟了波浪动态过程的影响，给出边坡的失稳变形过程，具有重要实际工程应用价值。

本发明方法为工程实践提供应用和指导价值，在技术实用性上提高了判别精度，更贴合实际情况地进行了数值模拟，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明建立的波浪-海床边坡耦合计算的几何模型和计算示意图；

图2为本发明的工作流程结构原理示意图；

其中(a)为发明方法整体框架思路；(b)为具体实现数值计算的步骤；

图3为根据实际工程在有限元软件建模时的整体模型区域划分图；

图4为主要计算区域剖分后的网格模型；

图5为实际工程应用中预埋海底管道临时基槽边坡的地质勘测钻孔资料和级配曲线；

其中(a)为钻孔资料图；(b)为土颗粒级配曲线；

图6为坡率1:2时，边坡稳定系数随着波峰距离坡顶距离的变化情况，分为9个典型工况；

图7为上述9个典型工况下的波浪压力、孔压分布和渗流分布图；

图8为典型发生滑动破坏时的塑形贯通区域和滑动范围；

其中(a)为滑动破坏发生时的塑形贯通区；(b)为滑动体的范围分布情况；

图9为土体最大水平位移随着强度折减系数FOS的变化；

图10为不同坡率下的边坡稳定系数随着波峰距离坡顶距离的变化情况；

其中(a)为坡率1:2时；(b)为坡率1:1.7时；(c)为坡率1:1.5时。

具体实施方式

下面就具体操作方法和细节结合图1和图2对本发明做进一步的详细说明。

(1)构建波浪-海床边坡耦合计算的几何模型：由工程建设的基本过程可知，随着预埋式结构物放置的基槽开挖，人工活动形成的不规则海底形状在波浪荷载作用下的稳定性未知。估计这一临时性水下边坡的稳定性可以为工程设计和施工提供指导，因此本发明以指导工程实践为目的阐述相应计算方法。从海底临时边坡的几何特性来看，边坡的设计深度、边坡的坡率、沉积物的物理力学性能等对海底边坡都具有影响；从海底临时边坡的受力特征来看，在不考虑地震、潮汐作用、沉积物冲淤等因素对边坡的影响下，作用于海底边坡的作用力包括静水压力、波浪运动的海底动压力、海水产生的孔隙水压力、沉积物的自重应力。结合上述波浪运动模式、海底边坡的几何特性、材料特性、受力特性和基本假定，建立波浪-海床边坡耦合计算模型，相应的建模步骤包括：

1采用建筑绘图软件绘制开挖后的海床及海水几何图形，采用商用有限元软件导入几何实体框架，对各不同区域进行定义划分；

2在参数变量中定义动量源造波的主要计算参数，主要包括：波高、周期、波长、水深、波数、波角频率、振动源区宽度、源区振动幅度、消波区域宽度、波浪衰减系数、动量源函数等；

3在材料定义中对海床沉积物和海水区域分别赋予相应的物理力学参数，包括：海水密度、海水剪切模量、湍流粘度、海床沉积物各层厚度、沉积物剪切模量、沉积物泊松比、沉积物弹性模量、沉积物渗透系数、沉积物压缩性、沉积物体积模量、饱和度、土体密度、沉积物抗剪强度内聚力、内摩擦角、孔隙水动粘度；

4设置各界面处的边界条件，包括：波浪自由表面处、海床表面处、海床底部和两侧；

5通过网格剖分将上述几何模型和材料模型转化为物理网格模型，设置网格参数如：最大最小单元尺寸、单元增长率、曲率因子、迭代平滑次数、细分方法等；

(2)达西定律计算多孔介质海床孔隙中的渗流压力，压力梯度是土体内部的主要驱动力，孔隙流体的运动一方面与多孔结构特性有关，另一方面也与自身的粘度有关。渗流压力的大小及分布情况直接影响边坡的破坏模式。

(3)有限元强度折减法：将计算得到的渗流压力作为外部荷载导入海床中，进行强度折减计算。强度折减系数是指外荷载不变的情况下，边坡内部岩土体发挥的最大抗剪切强度和外荷载在边坡内部产生的剪应力比值。当假定边坡内部所有土体抗剪强度发挥程度相同时，强度折减系数也可以作为边坡的整体稳定系数，即强度储备安全系数。相应的计算公式如式(2)、(3)。

如上所述，有限元强度折减法在不需要假定滑动面形状和所处位置的前提下，可以直接得到安全系数。了解边坡发生破坏的整个过程，相应的计算步骤如下：

1根据海底斜坡数值计算模型，定义材料本构关系和海底沉积物的物理性质，定义沉积物固结沉降初始条件和边界条件，确定强度折减系数的精度和初始折减值。计算不规则海底的渗流压力场和应变情况，作为初始条件并记录沉积物的应力和应变；

2按固定增量增大折减系数FOS，将折减后的抗剪强度参数重新赋值给海床土体，再次计算得到位移突变发生时的变形滑动区域和塑形应变发展。所述计算的收敛条件设定原则为：每个循环计算周期内折减系数计算时步长设置为4500步，相对容差设置为0.001，以每次循环计算的相对容差是否小于0.001作为收敛条件。

3对于安全性较小的海底边坡，在初始步骤1就会发生失稳，出现计算不收敛的情况，因此在步骤2)选择FOS初始值时，可将FOS值逐渐减小，直至可计算，得到相应安全系数。

以下结合实际工程案例对一特定海域海底管道施工产生的海底边坡进行稳定分析，具体分析过程如下：

a.建立海底基槽开挖完成之后的波浪-海床边坡耦合计算模型：根据实际工程设计基槽参数建立边坡几何模型，还原边坡失稳发生之前的地质形态。利用商业有限元计算软件建立数值计算模型，示意图如图1所示。对各不同区域进行定义划分，各区域在模型中的功能和划分结果如图3。之后对几何模型框架进行网格剖分，模型整体长644m，上部实现造波及波浪运动部分高20m，下部海床长60m，高10m。完整网格包含51352个域单元和2594个边界元，剖分后的主要计算区域网格如图4所示；

b.设置边界条件和荷载：数值计算模型中，y＝10m的自由海面处设置为无压力边界，波浪压力在此处等同于大气压；y＝-20m的海床底部边界和x＝28m和x＝88m的海床两侧边界设置为不透水和无变形发生；在海床表面处，波浪底部动压力等于海床中的孔压。初始计算中，考虑海水静压力和海床自重及界面处波浪动压力作用下产生的初始应力场；

c.主要敏感性参数分析：由上述可知，波浪参数会在边坡内产生孔隙水压力，影响边坡稳定。而行进波的动压力作用和波浪相对于边坡的几何位置相关；基槽设计参数，如坡率，对边坡稳定的影响同样不可忽视。在计算中，由于给定工程所在海域的特征波浪参数，故不作波浪参数敏感性分析。本工程实例主要计算波峰距离坡顶的位置D(见图1)以及基槽坡率对边坡稳定的影响；

d.力学模型与计算参数输入：模型中输入的力学计算参数见表1，其中海床物理力学参数根据实地钻孔资料选取，钻孔标贯击数及土样级配曲线如图5所示。多孔介质海床中的渗流符合达西定律，海床的破坏准则采用摩尔-库伦强度准则。

表1海床物理力学计算参数表

e.海底边坡稳定性计算：在坡率为1:2时，基于不同的波峰距离坡顶位置D，将计算区域分为D为-20m～0m，间隔2.5m选取一个计算工况，共九个计算工况。所得结果如图6所示，可以看出，安全系数FOS存在一个最小值，定义为FOS*。如图6所示，D＝-10m时，水下临时边坡处于最危险。相应的，九个计算工况下，波浪动压力和对应海床的中孔压展示结果如图7所示。随着波峰的移动，边坡内的最大孔压分布区域也在变化。图8展示了边坡发生破坏时记录的塑形贯通区形成和土体滑动情况，塑形应变区自坡脚形成，呈圆弧状逐渐向上发展，最终形成圆弧状贯通区，如图8(a)所示；滑动体也会相应发生滑动如图8(b)所示，在滑动区域采用变形因子，更为直观地展示了滑动体的运动情况。采取土体最大水平位移作为判断边坡滑动的判据，安全系数FOS随着最大水平位移的变化结果如图9所示。最后，为了确定合理的施工坡率，对模型坡率进行改动，分为1:2、1:1.7、1:1.5三种情况计算。计算结果如图10所示，随着坡率的增大，边坡的安全系数呈整体减小趋势。但共同之处是，存在一个最不利波峰位置使得边坡趋于最危险。在坡率为1:1.5时，安全系数FOS*为1.17。在本工程设计中，基于水下临时边坡考虑，目标安全系数的储备安全度不需设置过大。本工程的目标安全系数为1.15，因此，取计算结果略大于目标安全系数即可，最终确定基槽边坡设计坡率为1:1.5。

本工程实例采用数值造波技术、摩尔-库伦判别准则与有限元强度折减方法相结合，从耦合计算出发，从定量计算的角度对人工水下边坡受行进波浪作用下的稳定性变化进行估计。通过与实际工程资料结合，该方法能有效计算出特定海域海底边坡的失稳机制和演化过程，为工程设计与施工提供指导，也为相应研究提供借鉴和参考。

Claims (4)

1.一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

首先，构建波浪场动力模型，造波的波浪参数取自计算海域，包括波高、波周期、波长、水深、波向角，采用动量源造波实现模拟波浪传递区域的特征波浪形态，采用动网格和水平集方法实时捕捉自由水面；

其次，在海底边坡数值模型中通过有限元方法计算出输入波浪压力下的海床孔隙压力，同时采用有限元强度折减法进行海底边坡稳定性数值模拟计算，结合上述波浪场动力模型和海底边坡数值模型实现海底边坡稳定性及优化坡率耦合计算；

海底边坡数值模型的构建首先需要选取必要的计算参数，随后构建有限元模型并通过控制方程描述相应物理场，最后设定相应初始条件和边界条件以及剖分合适的网格使得模型可以计算，通过求解偏微分方程组得到控制方程中的计算变量，首先在波浪动力模型中得到流速和压力结果，其次计算海底边坡数值模型得到土体的应力和应变结果，最终通过强度折减法计算出海底边坡的安全储备系数；

在满足计算要求的前提下，对海底边坡数值模型进行如下五点定义：一是海床底部和两侧无渗流和变形发生；二是波浪运动的细部破碎和非线性变化不在计算范围内；三是波浪底压力等于海床表面处孔压；四是海床沉积物的力学性能遵循摩尔-库伦强度准则；五是多孔介质海床孔隙内部流体运动符合达西定律；

通过波浪场动力模型模拟计算区域的特征波浪形态，将波浪场动力作用下的实时波浪底压力输入达西定律和摩尔-库伦本构描述的海底边坡数值模型进行耦合计算，通过改变折减系数对土体强度参数进行折减，在某一折减系数下得出海底边坡最终的滑动破坏形态和相应安全系数FOS，亦即最终返回折减系数值；

海底边坡数值模型建立过程中的参数需要收集特定计算海域内的实际参数值，首先赋予波浪及流体运动参数，同时赋予人工海底边坡相应的物理力学参数，计算参数包括波浪参数和土体参数：波高H、波周期T、波长L、水深d、水体密度ρ_w、上层海床厚度h₁和下层海床厚度h₂、剪切模量G、泊松比υ、弹性模量E、土体渗透系数k_f、饱和度S_r、土体密度ρ_s，所述土体物理力学参数包括有效重度、弹性模量、剪切模量、泊松比、有效内聚力、有效内摩擦角和体积模量、压缩性、渗透系数。

2.根据权利要求1所述的一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，其特在于，在实现模型计算之前需要进行几何模型建立和网格剖分，包括以下步骤：

建立波浪运动和海底边坡几何模型，将人工海底边坡坡顶作为X、Y坐标原点；

所述海底边坡数值模型建立过程中的几何参数包括基槽底部宽度、基槽深度、斜坡坡角、沉积物各分层层厚，几何模型建立参考钻孔设计参数和基槽设计参数，在建筑绘图软件AutoCAD中完成之后导入有限元计算软件中；

根据各物理场计算特性划分物理网格，具体的划分参数包括：最大最小单元尺寸、单元增长率、曲率因子、迭代平滑次数、细分方法，之后对边界条件界定，在基槽开挖部分对海床土体的网格进行局部细化，从而更加细致地捕捉滑动破坏的形状和破坏面。

3.根据权利要求1所述的一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，其特征在于，由于需要计算海底边坡稳定性随动态波浪压力的变化而变化，需要对模型计算先后顺序进行定义，首先选用瞬态求解器解出波浪运动状态下实时变化的压力场和流速场；其次基于波浪波峰位置距离水下边坡坡顶距离的不同，选用不同特征时刻下的波浪底压力，导入海底边坡数值模型；随后对不同时刻波浪压力作用下的海床，采用稳态求解器计算强度折减后的海底斜坡失稳形态和安全系数；最后综合比选出此边坡在波浪动水压力下的安全系数FOS最小的情况，所述有限元强度折减法计算包括以下步骤：

1)依据海底边坡数值计算模型，定义土体本构关系和海底边坡土层的物理力学参数，确定边界条件和开挖后土体的初始固结状态，确定折减系数的计算预定初始值和计算精度，导出海底斜坡初始应力、应变场并作为后续计算基础，分析海底斜坡的内部应力和变形；

2)按照行进波的波峰距海底边坡坡顶的几何位置D不同，分为若干工况计算不同波浪底压力下的边坡稳定系数，由此分析行进波浪动压力作用下的边坡稳定性变化，采用达西定律计算多孔介质海床孔隙中的渗流压力：

式中，u_s为海床中的渗流速度，k_f是土体渗透系数，μ为孔隙流体动态粘度，

是拉普拉斯算子，p_s是渗流压力；

3)按选定步长增大强度折减系数，最终计算结果亦即安全储备系数，按照式(2)、(3)计算折减后的抗剪强度参数，

式中：c_re、φ_re分别为海床土体折减后的有效内聚力和有效内摩擦角；c′、φ′分别为土体有效内聚力和有效内摩擦角，安全系数FOS初始值设置为预设值，之后以固定步长增大；

在每一步计算前将折减后的土体强度参数重新赋值给海底边坡计算模型，随着FOS值不断增大，海底斜坡土体的抗剪强度参数不断折减，直到计算模型不收敛，海底边坡发生失稳破坏，同时计算模型导出边坡滑动具体形态和相应安全系数；

在强度折减计算中，采用摩尔-库伦准则判别边坡的剪切破坏，计算得到最终的边坡具体破坏形态，所采用判别公式为：

式中，c′和φ′分别为代入计算的土体有效内聚力和有效内摩擦角，σ_n为正应力，τ_f为土体内部切应力。

4.根据权利要求3所述的一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法，其特征在于，采用波峰距离坡顶的相对位置D确定行进波的位置变化，以此准静态方式模拟行进波的动态变化对海底边坡稳定性的影响，计算收敛条件的设定原则为：每个折减系数计算时步长设置为M步，相对容差设置为N，以每次循环计算的相对容差是否小于N作为收敛条件。

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