一种落石尺寸及其重现期预测方法技术

本发明专利技术涉及一种落石尺寸及其重现期预测方法，包括：获取观察场地在观察时间长度t内落石事件发生次数n以及落石体积v；获取落石体积阈值v

A prediction method of rockfall size and its return period

【技术实现步骤摘要】
一种落石尺寸及其重现期预测方法
本专利技术涉及落石尺寸预测
，特别是涉及一种落石尺寸及其重现期预测方法。
技术介绍
随着西部大开发战略的推进，公路和铁路交通网络不断完善。近些年来，对于西部山区交通建设和规划均修建大量的桥梁和隧道。危岩落石是我国山区最常见的自然灾害，由于落石灾害具有特别大的破坏性和不可预测性，已然成为我国西部交通建设大发展的最重要的制约因素之一。如20世纪50年代建成的宝成线，在宝鸡-绵阳段因洞口崩塌、落石灾害威胁而接长明洞超过40m的隧道有26座。据统计1971年至1992年，成昆铁路北段发生落石214处共238次，中断行车910小时16分钟。对于交通道路落石防护结构设计而言，确定落石尺寸大小(对应落石的体积或重量)及其重现期，是确定落石荷载的前提。由于落石事件发生具有较大的不确定性，可以参照地震，洪水等自然灾害，根据历史观测资料，利用概率统计的方法对落石灾害发生的时空特征进行研究，以评价其发生的强度(破坏力)及频率(重现期)，但目前对于危岩落石，还没有像地震，洪水等灾害建立起强度-重现期的预测方法体系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种落石尺寸及其重现期预测方法，能够预测某一场地将来落石最大尺寸及其重现期。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种落石尺寸及其重现期预测方法，包括：获取观察场地在观察时间长度t内落石事件发生次数n以及落石体积v；获取落石体积阈值vt；根据所述落石事件发生次数n对所述观察时间长度t进行修正，得到计算时间长度t*；构建落石事件发生次数概率模型和落石尺寸概率模型；根据所述落石事件发生次数概率模型和落石尺寸概率模型构建落石尺寸年最大值vm的概率模型；获取所述落石尺寸年最大值vm的概率模型的预设概率值；根据所述预设概率值和落石尺寸年最大值vm的概率模型得到最大落石尺寸及其重现期模型，根据所述最大落石尺寸及其重现期模型预测待测场地的最大落石尺寸及其重现期。可选的，根据所述最大落石尺寸及其重现期模型预测待测场地的最大落石尺寸及其重现期，包括：获取待测场地的实际观察时间长度t1，以及在所述实际观察时间长度t1内落石事件发生次数n1以及落石体积v1；根据所述落石事件发生次数n1对所述实际观察时间长度t1进行修正，得到实际计算时间长度t*1；根据落石事件发生次数概率模型、落石事件发生的次数n1以及实际计算时间长度t*1计算落石事件年发生率λ1；根据所述落石体积v1、落石体积阈值vt以及落石尺寸概率模型得到尺度参数σ1、形状参数ε1和位置参数μ1；根据所述落石事件年发生率λ1、尺度参数σ1、形状参数ε1、位置参数μ1和最大落石尺寸及其重现期模型得到测待测场地的最大落石尺寸及其重现期。可选的，采用公式对所述观察时间长度t进行修正，其中，t*为计算时间长度，t为观察时间长度，n为落石事件发生次数。可选的，所述落石事件发生次数概率模型为泊松分布模型。可选的，所述落石尺寸概率模型为广义帕累托分布模型。可选的，所述落石事件发生次数概率模型为n＝0,1,2,...，其中，λ是常数，λ>0，λ既是泊松分布的均值，也是泊松分布的方差，n是落石事件发生次数，t*为计算时间长度。可选的，所述落石尺寸概率模型为v≥μ,1+ε(v-μ)/σ＞0,其中，μ∈R为位置参数，σ＞0为尺度参数，ε∈R为形状参数，R表示全体实数，v为落石体积。可选的，所述落石尺寸年最大值vm的概率模型为其中，P(vm≤v)为落石尺寸年最大值vm小于等于落石体积v的概率的数学表达，F(v)是落石尺寸年最大值vm分布函数的表示方法，e为自然对数的底数，λ是常数，λ>0，λ既是泊松分布的均值，也是泊松分布的方差，ε∈R为形状参数，v为落石体积，μ∈R为位置参数，σ＞0为尺度参数。可选的，所述最大落石尺寸及其重现期模型为其中，T为落石重现期，λ是常数，λ>0，λ既是泊松分布的均值，也是泊松分布的方差，ε∈R为形状参数，vp为“T年一遇”最大落石尺寸，μ∈R为位置参数，σ＞0为尺度参数。可选的，采用极大似然法进行尺度参数σ1的估计和形状参数ε1的估计。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术根据落石灾害发生特点，将落石事件发生频率按服从泊松分布、落石尺寸服从广义帕累托分布考虑，引入阈值避免相对较小尺寸的落石对预测结果合理性的影响，基于极值理论，建立起评价落石尺寸及其重现期的泊松-广义帕累托复合极值模型，以研究场地落石事件发生的历史记录为样本数据库，利用该极值模型，可预测该场地将来落石最大尺寸及其重现期，从而为艰险山区场地落石灾害风险评估、落石荷载的确定及防护结构可靠性设计提供有效途径。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种落石尺寸及其重现期预测方法的流程图。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，所描述的实施例仅仅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。本专利技术的目的是提供一种落石尺寸及其重现期预测方法，能够预测某一场地将来落石最大尺寸及其重现期。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术公开了一种落石尺寸及其重现期预测方法，整个实施流程如图1所示，现概述如下：1、落石事件记录数据库的生成对所分析场地的落石事件进行观察记录，结合历史事件收集、整理，形成落石事件记录数据库，包括落石事件发生次数n、落石的尺寸(体积)v，整个观察记录期的时间长度t(也可以称为观察时间长度或者记录时间长度)，即从第一次落石事件发生时间到观察期结束的时窗长度。2、落石体积阈值vt的设定由于在落石下落的过程中，会受到撞击，而破裂成多个落石，实际的观察记录往往不是在第一时间记录的，而是记录破碎后的落石，故记录的落石尺寸会比实际的落石要小。基于此，通过引入落石体积阈值vt，在后续分析计算时，只统计分析落石体积v≥vt的落石事件数据，以此来减小尺寸较小的落石数据对分析结果所造成的影响。3、计算时间长度t*的确定由于落石记录往往都是以一次显著的落石事件作为开始记录的时间，与上一次未记录的落石事件之间的空窗时间往往会被忽略。因此，为减小空窗时间对分析的影响，在记录时间长度t的基础上再增加半个落石事件回归周期。由此，得到计算时间长度t*的计算公式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种落石尺寸及其重现期预测方法，其特征在于，包括：/n获取观察场地在观察时间长度t内落石事件发生次数n以及落石体积v；/n获取落石体积阈值v

【技术特征摘要】
1.一种落石尺寸及其重现期预测方法，其特征在于，包括：
获取观察场地在观察时间长度t内落石事件发生次数n以及落石体积v；
获取落石体积阈值vt；
根据所述落石事件发生次数n对所述观察时间长度t进行修正，得到计算时间长度t*；
构建落石事件发生次数概率模型和落石尺寸概率模型；
根据所述落石事件发生次数概率模型和落石尺寸概率模型构建落石尺寸年最大值vm的概率模型；
获取所述落石尺寸年最大值vm的概率模型的预设概率值；
根据所述预设概率值和落石尺寸年最大值vm的概率模型得到最大落石尺寸及其重现期模型；
根据所述最大落石尺寸及其重现期模型预测待测场地的最大落石尺寸及其重现期。


2.根据权利要求1所述的落石尺寸及其重现期预测方法，其特征在于，根据所述最大落石尺寸及其重现期模型预测待测场地的最大落石尺寸及其重现期，包括：
获取待测场地的实际观察时间长度t1，以及在所述实际观察时间长度t1内落石事件发生次数n1以及落石体积v1；
根据所述落石事件发生次数n1对所述实际观察时间长度t1进行修正，得到实际计算时间长度t*1；
根据落石事件发生次数概率模型、落石事件发生的次数n1以及实际计算时间长度t*1计算落石事件年发生率λ1；
根据所述落石体积v1、落石体积阈值vt以及落石尺寸概率模型得到尺度参数σ1、形状参数ε1和位置参数μ1；
根据所述落石事件年发生率λ1、尺度参数σ1、形状参数ε1、位置参数μ1、最大落石尺寸及其重现期模型得到测待测场地的最大落石尺寸及其重现期。


3.根据权利要求1所述的落石尺寸及其重现期预测方法，其特征在于，采用公式对所述观察时间长度t进行修正，其中，t*为计算时间长度，t为观察时间长度，n为落石事件发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉锁，卢梦园，王明年，刘林奇，徐铭，阳超，何锁宋，王志龙，孟杰，张瑞，肖宗扬，卢雅欣，张祖迪，王志远，桂登斌，吴正群，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51