一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法，其包括：根据岩质边坡变形监测资料建立数学模型，选择高精度序列作为目标序列，分离时效分量；根据工程资料建立边坡三维有限元模型，进行开挖、支护及蠕变特性模拟，获得边坡位移计算值序列；确定稳定控制滑面并提取应力序列，应用应力代数和比值法，计算得到边坡稳定安全系数序列；建立边坡稳定功能函数，采用JC法得到边坡稳定可靠度序列；建立边坡变形时效分量与边坡稳定安全系数、可靠度的数学模型，实现以变形监测对边坡稳定安全系数、可靠度的快速预测。本发明专利技术所述方法符合工程实际，能够实时快速对边坡失事风险作出识别和响应，为边坡安全管控提供有效保障。保障。保障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法


[0001]本专利技术属于岩质边坡稳定性的
，具体涉及一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法。

技术介绍

[0002]水利水电工程在为我国经济和社会的发展提供必要的物质基础，在航运、发电、防洪、环保及带动区域经济发展方面都发挥着不可替代的作用。水工建筑物在修建的同时往往会形成高陡人工边坡，其中以岩质边坡为主要代表。边坡的失稳，严重时会危及主要建筑物和下游人民生命、财产的安全，如瓦依昂拱坝边坡失稳，对下游的人民生命和财产造成了巨大的损失，故边坡稳定性分析显的尤为重要。科学、合理的分析边坡的稳定安全，是有效防止、或者降低边坡失稳带来的人民生命、财产损失的有效途径之一。高效的实现对边坡在线安全监测与管控，保证边坡稳定运行，是坝工界一直关注的问题。
[0003]随着时间的推移与边坡周围环境的改变，边坡的运行行态也是动态波动变化的，需要从发展的角度研究。边坡失稳前，往往都是有一定的预兆，或者要经过一定的时间发展，这些失稳的趋势在监测数据中可以体现出来，故需要对海量的监测数据进行及时的整理与分析，根据监测数据，评判边坡的稳定性以及失稳后可能的影响与后果，进而动态地进行边坡运行管理，实现对边坡运行安全的动态评估。因此如何基于安全监测去评价边坡稳定性问题是目前边坡稳定性分析的主要挑战，边坡稳定状态最直观的反映就是边坡稳定安全系数、稳定可靠度，将监测资料合理地与稳定指标结合，是一种发展的必然趋势。
[0004]传统的边坡稳定性分析方法，只能给出给定情况下的稳定性结论，不能考虑边坡的动态发展，不能实时快速对边坡失事风险作出识别与响应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法，以解决传统的边坡稳定性分析方法，不能考虑边坡的动态发展，不能实时快速对边坡失事风险作出识别与响应的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法，其包括以下步骤：
[0008]S1、根据边坡变形监测序列{y1,y2,y3…
y
n
}，考虑温度、时效、降雨、水位对边坡变形的影响构建监测点位移的数学模型：
[0009]Y(t)＝G(T(t),θ(t),J(t),H(t))
[0010]其中，Y(t)为边坡变形在时间t的统计估计值，T(t)为环境温度分量，θ(t)为时效分量，J(t)为降雨分量，H(t)为水位分量；
[0011]选定R2大于0.85的序列作为目标序列，依据所构建的监测点位移的数学模型分离出监测点位移的时效分量{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}；
[0012]S2、构建边坡三维有限元模型，基于边坡物理力学参数及岩体蠕变参数，进行边坡
开挖、支护与岩体蠕变特性模拟，计算得出与实测变形序列{y1,y2,y3…
y
n
}时间上具有对应关系的边坡变形计算值序列{x1,x2,x3…
x
n
}。
[0013]S3、依据边坡三维有限元计算成果，确定安全系数最小的稳定控制滑面，并提取边坡稳定控制滑面的应力序列{(σ1，τ1)1,(σ2，τ2),(σ3，τ3)
…
(σ
m
，τ
m
)}；
[0014]S4、采用应力代数和比值法求解得到边坡稳定安全系数序列{K
s1
,K
s2
,K
s3
…
K
sn
}；
[0015][0016]其中，K
s
为边坡稳定安全系数，m为滑面上单元总数，l
i
为单元i沿滑面方向的长度；σ
i
为滑面上单元i的正应力；τ
i
为滑面上单元i的剪应力；f
i
′
为滑面上单元i的摩擦系数；c
i
为滑面上单元i的粘聚力；
[0017]S5、根据边坡稳定安全系数序列{K
s1
,K
s2
,K
s3
…
K
sn
}，边坡时效变形序列{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}，通过边坡稳定安全系数和变形时效分量的耦联分析，以稳定安全系数为因变量，以时效变形为自变量，构建岩质边坡稳定安全系数预测模型；
[0018]K
S
(t)＝F1[θ(t)]+C
[0019]其中，K
S
(t)为边坡稳定安全系数在时间t的统计估计值，C为待定常数项，F1[θ(t)]为时效分量；
[0020]S6、建立边坡稳定功能函数：
[0021][0022]其中，Z为边坡稳定功能函数，m为滑面上单元总数，l
i
为单元i沿滑面方向的长度；σ
i
为滑面上单元i的正应力；τ
i
为滑面上单元i的剪应力；f
i
′
为滑面上单元i的摩擦系数；c
i
为滑面上单元i的粘聚力。
[0023]依据功能函数，采用JC法求解得到边坡稳定可靠度序列{β
s1
,β
s2
,β
s3
…
β
sn
}；
[0024]S7、根据边坡稳定可靠度序列{β
s1
,β
s2
,β
s3
…
β
sn
}，边坡时效变形序列{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}，通过边坡稳定可靠度、变形时效分量的耦联分析，以稳定可靠度为因变量，以时效变形为自变量，建立构建岩质边坡稳定可靠度预测模型；
[0025]β
S
(t)＝F2[θ(t)]+C
[0026]其中，β
S
(t)为边坡稳定可靠指标在时间t的统计估计值，C为待定常数项，F2[θ(t)]为时效分量；
[0027]S8、根据岩质边坡稳定安全系数预测模型和岩质边坡稳定可靠度预测模型，对边坡稳定安全系数、稳定可靠度进行快速预测。
[0028]进一步地，S1中根据边坡变形监测序列，考虑温度、时效、降雨、水位对边坡变形的影响构建监测点位移的数学模型，并分离出监测点位移的时效分量，包括：
[0029]根据边坡变形监测序列{y1,y2,y3…
y
n
}，考虑边坡时效变形、环境温度、降雨、水位影响因子，以边坡变形为因变量，以时效变形、环境温度、降雨、水位为自变量，通过统计分析，建立岩质边坡变形序列的数学模型：
[0030]Y(t)＝T(t)+θ(t)+J(t)+H(t)+C
[0031]其中，Y(t)为边坡变形在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变形监测的岩质边坡稳定安全与可靠度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据边坡变形监测序列{y1,y2,y3…
y
n
}，考虑温度、时效、降雨、水位对边坡变形的影响构建监测点位移的数学模型：Y(t)＝G(T(t),θ(t),J(t),H(t))其中，Y(t)为边坡变形在时间t的统计估计值，T(t)为环境温度分量，θ(t)为时效分量，J(t)为降雨分量，H(t)为水位分量；选定R2大于0.85的序列作为目标序列，依据所构建的监测点位移的数学模型分离出监测点位移的时效分量{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}；S2、构建边坡三维有限元模型，基于边坡物理力学参数及岩体蠕变参数，进行边坡开挖、支护与岩体蠕变特性模拟，计算得出与实测变形序列{y1,y2,y3…
y
n
}时间上具有对应关系的边坡变形计算值序列{x1,x2,x3…
x
n
}。S3、依据边坡三维有限元计算成果，确定安全系数最小的稳定控制滑面，并提取边坡稳定控制滑面的应力序列{(σ1，τ1)1,(σ2，τ2),(σ3，τ3)
…
(σ
m
，τ
m
)}；S4、采用应力代数和比值法求解得到边坡稳定安全系数序列{K
s1
,K
s2
,K
s3
…
K
sn
}；其中，K
s
为边坡稳定安全系数，m为滑面上单元总数，l
i
为单元i沿滑面方向的长度；σ
i
为滑面上单元i的正应力；τ
i
为滑面上单元i的剪应力；f
i
′
为滑面上单元i的摩擦系数；c
i
为滑面上单元i的粘聚力；S5、根据边坡稳定安全系数序列{K
s1
,K
s2
,K
s3
…
K
sn
}，边坡时效变形序列{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}，通过边坡稳定安全系数和变形时效分量的耦联分析，以稳定安全系数为因变量，以时效变形为自变量，构建岩质边坡稳定安全系数预测模型；K
S
(t)＝F1[θ(t)]+C其中，K
S
(t)为边坡稳定安全系数在时间t的统计估计值，C为待定常数项，F1[θ(t)]为时效分量；S6、建立边坡稳定功能函数：其中，Z为边坡稳定功能函数，m为滑面上单元总数，l
i
为单元i沿滑面方向的长度；σ
i
为滑面上单元i的正应力；τ
i
为滑面上单元i的剪应力；f
i
′
为滑面上单元i的摩擦系数；c
i
为滑面上单元i的粘聚力。依据功能函数，采用JC法求解得到边坡稳定可靠度序列{β
s1
,β
s2
,β
s3
…
β
sn
}；S7、根据边坡稳定可靠度序列{β
s1
,β
s2
,β
s3
…
β
sn
}，边坡时效变形序列{θ1,θ2,θ3…
θ
n
}，通过边坡稳定可靠度、变形时效分量的耦联分析，以稳定可靠度为因变量，以时效变形为自变量，建立构建岩质边坡稳定可靠度预测模型；β
S
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：何西平，史红光，辛俊龙，葛静，
申请(专利权)人：中电建电力检修工程有限公司，
类型：发明
国别省市：