【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及库岸边坡渗透失稳风险评估，尤其是涉及一种多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法。
技术介绍
1、随着全球气候变化不确定性日益凸显，再加上我国水资源时空分布极其不均，长时序强降雨等极端天气气候事件明显增多，导致部分地区水利水电工程库区水位大幅上升。在长时序强降雨与库水位骤变的耦合作用下，结合工程所处高山峡谷地带复杂的地质结构条件，由此导致的近坝库岸滑坡灾害屡见不鲜，在一定程度上威胁着高坝大库的运行总体安全。从边坡外部入渗的水流进入坡体后短时间内无法排出，地下水位抬高后导致土体孔隙水压力增加，进而改变坡体内原有的应力场，这与水流在其内部的渗透路径是直接相关的。对于赋水条件下的近坝库岸边坡工程而言，其几何非线性和边界条件非线性特点突出，给该类边坡渗流稳定问题的探索带来了较大困难和挑战。
2、此外，相比岩土体其他参数而言，土体渗透系数呈现出更显著的空间变异性，从而直接影响坡体内部不规则渗流场的流动形态，这使得与边坡稳定问题相关的响应求解具有更高的不确定性。基于该事实，在处理复杂赋水条件下的库岸边坡稳定问题时，学者们更倾向于关注土体的渗透性能，这是由于渗流场会对应力场直接产生影响。然而，目前大多数研究采用随机变量模型表征土体渗透系数的空间非均匀性，这实质上是基于确定性模型进行分析，并不能有效反映土体参数的空间相关特征，导致难以刻画边坡内部不规则的实际渗透路径，对特定多源复杂渗流边界条件下非均质近坝库岸边坡内部的渗流演化规律有待进一步研究明确。
3、基于此，现有方法难以解决该类问题，亟需发展
技术实现思路
1、为解决当前存在技术问题，本专利技术的主要目的在于提供了一种多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，解决现有技术难以智能化精细刻画和反演多源复杂渗流边界条件下库岸边坡内部不规则实际渗透路径，进而无法有效探究近坝库岸边坡内部渗流规律以及对该区域渗流风险进行高效评估的技术问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1、获取库区范围内特征水位和降雨强度；
4、s2、获取土体饱和渗透系数变化范围下界和上界，与土体基本参数共同建立库岸边坡模型计算参数数据库；
5、s3、建立库岸边坡确定性模型，设置饱和与非饱和土体水力特征曲线，设置多源复杂渗流边界条件，划分模型单元网格；
6、s4、将土体饱和渗透系数与场变量进行关联；
7、s5、通过随机场方法表征模型土体饱和渗透系数的空间非均质性，非饱和区土体渗透系数通过土体饱和度进行换算，得到非均质库岸边坡渗流数值模型；
8、s6、渗流计算，展示基于非均质库岸边坡渗流数值模型计算得到的结果云图，厘清边坡内部不规则渗透路径演化规律。
9、在s1中，以积累的库区水文气象历史监测数据为基础，挖掘监测数据变化规律，确定库区范围内特征水位和降雨强度，作为考虑库岸边坡数值模型多源复杂渗流边界的初始值。
10、在s2中，通过对土体样本开展室内渗透试验，探究土体饱和渗透系数值的变化范围，确定饱和渗透系数变化范围下界和上界，与土体基本参数共同建立库岸边坡模型计算参数数据库。
11、在s3中，采用有限元软件建立库岸边坡确定性模型，基于土体水力参数设置饱和与非饱和土体水力特征曲线，建立瞬态纯渗流类型分析步，设置库水位和降雨入渗多源复杂渗流边界条件，采用平面应变四节点四边形孔压单元cpe4p精细化划分边坡模型单元网格。
12、所述库岸边坡确定性模型的饱和与非饱和土体水力特征曲线，其数学表达公式如下：
13、（1）；
14、式（1）中： s为土体饱和度； θw为体积含水量； θs和 θr分别为饱和体积含水量和残余体积含水量； uw为孔隙水压力； αw为进气值的倒数，与土体的进气压力相关； nw为孔隙分布参数，描述土体孔隙大小分布的均匀性； mw为形状参数；
15、库岸边坡模型饱和与非饱和土体区域的渗透系数，数学表达公式如下：
16、（2）；
17、式（2）中： k( s)为模型各区域渗透系数； ks为土体饱和渗透系数；
18、在外界多源渗流边界变化过程中，非饱和土体的渗透系数会随着饱和度的变化通过对 ks进行折减得到。
19、设置库水位和降雨入渗多源复杂渗流边界条件，包括以下步骤：
20、库水位边界条件：利用空间分布函数在模型左右两侧水位以下的边界上设置随深度线性增加的静水孔压边界，计算公式如下：
21、（3）；
22、式（3）中： uw为边坡模型两侧水位以下边界节点孔隙水压力； hi为当前节点水头； z为模型底部水头； γw为水的重度；
23、降雨入渗边界条件：降雨边界函数以降雨强度进行表示。
24、在s4中，将库岸边坡确定性模型导出为计算源文件，修改计算源文件，使得土体饱和渗透系数与有限元软件内嵌子程序的自定义场变量进行关联，从而通过子程序进行二次开发改变模型中土体饱和渗透系数在空间上的属性。
25、在s5中，基于子程序进行二次开发，在子程序自定义区，通过采用服从均匀分布的随机场方法表征模型土体饱和渗透系数的空间非均质性，非饱和区土体渗透系数通过土体饱和度进行换算，进而得到非均质库岸边坡渗流数值模型。
26、服从均匀分布的土体饱和渗透系数随机场生成方法，包括以下步骤：
27、首先采用k-l级数展开法生成二维标准正态分布随机场 g(u)，其中u为空间位置向量，数学表达公示如下：
28、（4）；
29、式（4）中： λi和 fi(u)分别为自相关函数的特征值和特征函数； ξi( ψ)为材料参数随机场离散的独立标准正态随机变量，其中 ψ表示外部空间坐标；
30、设定 x(u)为在概率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S1中，以积累的库区水文气象历史监测数据为基础，挖掘监测数据变化规律，确定库区范围内特征水位和降雨强度，作为考虑库岸边坡数值模型多源复杂渗流边界的初始值。
3.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S2中，通过对土体样本开展室内渗透试验，探究土体饱和渗透系数值的变化范围，确定饱和渗透系数变化范围下界和上界，与土体基本参数共同建立库岸边坡模型计算参数数据库。
4.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S3中，采用有限元软件建立库岸边坡确定性模型，基于土体水力参数设置饱和与非饱和土体水力特征曲线，建立瞬态纯渗流类型分析步，设置库水位和降雨入渗多源复杂渗流边界条件，采用平面应变四节点四边形孔压单元CPE4P精细化划分边坡模型单元网格。
5.根据权利要求4所述的多源渗流驱动的
6.根据权利要求4所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，设置库水位和降雨入渗多源复杂渗流边界条件，包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S4中，将库岸边坡确定性模型导出为计算源文件，修改计算源文件，使得土体饱和渗透系数与有限元软件内嵌子程序的自定义场变量进行关联，从而通过子程序进行二次开发改变模型中土体饱和渗透系数在空间上的属性。
8.根据权利要求7所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S5中，基于子程序进行二次开发，在子程序自定义区，通过采用服从均匀分布的随机场方法表征模型土体饱和渗透系数的空间非均质性，非饱和区土体渗透系数通过土体饱和度进行换算，进而得到非均质库岸边坡渗流数值模型。
9.根据权利要求8所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，服从均匀分布的土体饱和渗透系数随机场生成方法，包括以下步骤：
10.根据权利要求8所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在S6中，将修改后的INP文件、子程序文件放在同一文件目录下，通过命令流的方式提交渗流计算，打开ODB计算结果文件，将自定义场变量TEMP作为输出变量，展示基于非均质库岸边坡渗流数值模型计算得到的水流渗流模式、土体饱和度云图，厘清边坡内部不规则渗透路径演化规律，并与基于确定性边坡模型计算得到的对应结果进行对比。
...【技术特征摘要】
1.多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在s1中，以积累的库区水文气象历史监测数据为基础，挖掘监测数据变化规律，确定库区范围内特征水位和降雨强度，作为考虑库岸边坡数值模型多源复杂渗流边界的初始值。
3.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在s2中，通过对土体样本开展室内渗透试验，探究土体饱和渗透系数值的变化范围，确定饱和渗透系数变化范围下界和上界，与土体基本参数共同建立库岸边坡模型计算参数数据库。
4.根据权利要求1所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，在s3中，采用有限元软件建立库岸边坡确定性模型，基于土体水力参数设置饱和与非饱和土体水力特征曲线，建立瞬态纯渗流类型分析步，设置库水位和降雨入渗多源复杂渗流边界条件，采用平面应变四节点四边形孔压单元cpe4p精细化划分边坡模型单元网格。
5.根据权利要求4所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，所述库岸边坡确定性模型的饱和与非饱和土体水力特征曲线，其数学表达公式如下：
6.根据权利要求4所述的多源渗流驱动的非均质库坡不规则渗透路径智能反演方法，其特征在于，设置库水位...
【专利技术属性】
技术研发人员：王满玉，欧阳嘉艺，杜泽东，师义成，
申请(专利权)人：中国三峡建工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。