CN110489826A - 岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩体边坡安全系数计算方法及装置，该方法应用于地质灾害评估技术领域，所述方法包括：获取岩体边坡的边坡参数，所述边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数；根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，所述稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数；根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。本发明提供的岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备能够有效提高岩体边坡安全系数计算的准确性。

Description

岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备

技术领域

本发明属于地质灾害评估技术领域，更具体地说，是涉及一种岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备。

背景技术

岩体边坡稳定性预测一直是岩土工程中的一个经典问题。岩体边坡的稳定性通常是通过岩体边坡的安全系数来表征的，在诸多的岩体边坡稳定性预测方法(或者说岩体边坡安全系数计算方法)中，稳定图分析方法以其便捷性和实用性，成为岩体边坡稳定性预测的常用方法之一。但此方法目前存在以下缺陷：

1)此方法的主要输入参数往往是线性的，而岩体通常具有较强的非线性特征，因此，在主要输入参数为线性值的稳定图分析方法中，岩体的非线性特征无法使用稳定图准确表示，这就大大降低了岩体边坡稳定性预测的准确性。

2)现有的稳定图分析方法中，边坡倾角(即坡角)、扰动系数、地下水、地震等因素的影响并不包含在稳定图中，现有的稳定图分析是通过引入修正参数，间接反映前述因素对边坡稳定性的影响。当修正参数设置不准确时，岩体边坡稳定性预测的准确度也会受到影响。

因此，岩体边坡稳定性预测(或者说岩体边坡安全系数计算)的准确度亟待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备，以提高岩体边坡安全系数的计算准确度。

本发明实施例的第一方面，提供了一种岩体边坡安全系数计算方法，包括：

获取岩体边坡的边坡参数，所述边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数；

根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，所述稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数；

根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

本发明实施例的第二方面，提供了一种岩体边坡安全系数计算装置，包括：

数据获取模块，用于获取岩体边坡的边坡参数，所述边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数；

指数确定模块，用于根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，所述稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数；

安全系数确定模块，用于根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

本发明实施例的第三方面，提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的岩体边坡安全系数计算方法的步骤。

本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的岩体边坡安全系数计算方法的步骤。

本发明提供的岩体边坡安全系数计算方法、装置及终端设备的有益效果在于：一方面，本发明实施例在不受参数属性(线性/非线性)影响的基础上(即本发明实施例未对参数的属性进行限制)，考虑到了多种因素对岩体边坡稳定性的影响(例如，地质强度指标、岩石软硬指标的使用分别考虑了地震和地下水对岩体边坡的影响)，大大提高了岩体边坡安全系数的计算准确度。另一方面，本发明实施例还无需建立边坡的地质力学模型，可以避免使用地质力学模型所产生的大量迭代计算，因此极大地提升了岩体边坡安全系数的计算效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图；

图3为本发明再一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图；

图4为本发明又一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图；

图5为本发明一实施例提供的岩体边坡安全系数计算装置的结构框图；

图6为本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为本发明一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图。该方法包括：

S101：获取岩体边坡的边坡参数，边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数。

在本实施例中，可首先获取岩体边坡的边坡参数，再根据边坡参数计算得到岩体边坡的安全系数。

S102：根据边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数。

在本实施例中，实际稳定性指数可根据坡高、岩石单轴抗压强度、地质强度指标和扰动系数计算得到，临界稳定性指数可根据坡角和岩石软硬指标计算得到。

S103：根据稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

在本实施例中，岩体边坡的安全系数用于对岩体边坡的稳定性进行预测，本实施例可首先计算实际稳定性指数和临界稳定性指数的比值，再根据实际稳定性指数和临界稳定性指数的比值对岩体边坡的安全系数进行计算。

从上述描述可知，一方面，本发明实施例在不受参数属性(线性/非线性)影响的基础上，考虑到了多种因素对岩体边坡稳定性的影响(例如，地质强度指标、岩石软硬指标的使用分别考虑了地震和地下水对岩体边坡的影响)，大大提高了岩体边坡安全系数的计算准确度。另一方面，本发明实施例还无需建立边坡的地质力学模型，可以避免使用地质力学模型所产生的大量迭代计算，因此极大地提升了岩体边坡安全系数的计算效率。

请一并参考图1及图2，图2为本申请另一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图。在上述实施例的基础上，步骤S102可以详述为：

S201：根据坡高、岩石单轴抗压强度、地质强度指标和扰动系数确定实际稳定性指数。

在本实施例中，实际稳定性指数的计算方法可以为：

其中，λ^t为实际稳定性指数，σ_c为岩石单轴抗压强度，γ为岩体容重，H为坡高，GSI为地质强度指标，D为扰动系数。

S202：根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

在本实施例中，可根据坡角查找第一对应关系表确定坡角对应的第一类系数(包括4个)，再根据第一类系数和岩石软硬指标确定临界稳定指数。其中，第一类系数即为计算实际稳定性指数所使用的四个系数(可用p₁、p₂、p₃、p₄表示)。

请一并参考图2及图3，图3为本申请再一实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的流程示意图。在上述实施例的基础上，上述步骤S201详述如下：

S301：根据坡角和第一对应关系表确定第一类系数，其中，第一对应关系表包含坡角与第一类系数的对应关系。

在本实施例中，第一对应关系表如下表1所示：

表1第一对应关系表

β	p<sub>1</sub>	p<sub>2</sub>	p<sub>3</sub>	p<sub>4</sub>
					10°	0.0932	-1.9765	0.0774	0.00005
20°	0.1676	-1.1867	-0.2249	0.00013
					30°	0.2188	-0.5254	-0.427	0.00026
40°	0.2626	-0.0926	-0.5099	0.00046
					50°	0.297	0.1019	-0.4663	0.00081
60°	0.3346	0.232	-0.4337	0.00133
					70°	0.4093	0.1318	-0.2869	0.00269
80°	0.5147	0.1293	-0.1958	0.00467

其中，β为坡角，p₁、p₂、p₃、p₄为第一类系数。

S302：根据第一类系数和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

在本实施例中，临界稳定性指数的确定方法可以为：

其中，λ^c为临界稳定性指数，p₁、p₂、p₃、p₄为第一类系数，m_i为岩石软硬指标。

请一并参考图1及图4，作为本发明提供的岩体边坡安全系数计算方法的一个具体实施方式，在上述实施例的基础上，步骤S103可以详述为：

S401：根据实际稳定性指数和临界稳定性指数确定稳定性指数比值。

S402：根据稳定性指数比值和第二类系数确定岩体边坡的安全系数。

在本实施例中，稳定性指数比值ω为：

其中，λ^t为实际稳定性系数，λ^c为临界稳定性系数。

其中，第二类系数为计算岩体边坡的安全系数所使用的三个系数(可用q₁、q₂、q₃表示)。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的一种具体实施方式，第二类系数的确定方法可以为：

根据坡角、岩石软硬指标和第二对应关系表确定第二类系数，其中，第二对应关系表包含坡角、岩石软硬指标与第二类系数的对应关系。

在本实施例中，第二对应关系表如下表2所示：

表2第二对应关系表

其中，β为坡角，m_i为岩石软硬指标，q₁、q₂、q₃为第二类系数。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的一种具体实施方式，岩体边坡的安全系数的确定方法可以为：

其中，FOS为岩体边坡的安全系数，q₁、q₂、q₃为第二类系数，ω为稳定性指数比值。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的一种具体实施方式，在上述实施例的基础上，若某岩体边坡坡高H＝184m、坡角β＝55°、岩体容重γ＝27kN/m³、岩石单轴抗压强度σ_c＝153MPa、地质强度指标GSI＝47、岩石软硬指标m_i＝9、扰动系数D＝0.65。则其安全系数的计算方法为：

1)β＝55°需要采用线性插值的方法计算p₁,p₂,p₃和p₄的取值，即：

p₁＝0.5×(0.2970+0.3346)＝0.3158,p₂＝0.5×(0.1019+2320)＝0.1669

p₃＝0.5×(-0.4663-0.4337)＝-0.4500,p₄＝0.5×(0.00081+0.00133)＝0.00107

2)根据GSI,D,σ_c,γ,H的值，得到λ^t＝3.3824×1000/27/184＝0.6808.

3)根据m_i,p₁,p₂,p₃和p₄的值，得到：

4)λ^c＝0.3158×9^{[0.1669-0.45×ln(9)]}+0.00107×9＝0.0615,ω＝0.6808/0.0615＝11.0640。

5)根据β＝55°和m_i＝9,q₁,q₂和q₃，得到：

FOS＝0.2580+0.7476×11.0640^0.4236＝2.3272。

其中，q₁,q₂和q₃(需要通过线性插值得到)，即：

q₁＝0.5×(0.0888+0.4271)＝0.2580

q₂＝0.5×(0.9157+0.5795)＝0.7476

q₃＝0.5×(0.3489+0.4982)＝0.4236

其中，若坡角β的度数不为10的倍数，则采用线性插值的方法对第一类系数和第二类系数进行计算。

对应于上文实施例的岩体边坡安全系数计算方法，图5为本发明一实施例提供的岩体边坡安全系数计算装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。参考图5，该装置包括：数据获取模块100，指数确定模块200，安全系数确定模块300。

其中，数据获取模块100，用于获取岩体边坡的边坡参数，边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数。

指数确定模块200，用于根据边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数。

安全系数确定模块300，用于根据稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

参考图5，在本发明的另一个实施例中，指数确定模块200包括：

实际指数确定单元210，用于根据坡高、岩石单轴抗压强度、地质强度指标和扰动系数确定实际稳定性指数。

临界指数确定单元220，用于根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算装置的一种具体实施方式，根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数，可以包括：

根据坡角和第一对应关系表确定第一类系数，其中，第一对应关系表包含坡角与第一类系数的对应关系。

根据第一类系数和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

参考图5，在本发明的再一个实施例中，安全系数确定模块300可以包括：

比值确定单元310，用于根据实际稳定性指数和临界稳定性指数确定稳定性指数比值。

安全系数确定单元320，用于根据稳定性指数比值和第二类系数确定岩体边坡的安全系数。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算装置的一种具体实施方式，第二类系数的确定方法可以为：

根据坡角、岩石软硬指标和第二对应关系表确定第二类系数，其中，第二对应关系表包含坡角、岩石软硬指标与第二类系数的对应关系。

可选地，作为本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算装置的一种具体实施方式，岩体边坡的安全系数的确定方法可以为：

其中，FOS为岩体边坡的安全系数，q₁、q₂、q₂为第二类系数，ω为稳定性指数比值。

参见图6，图6为本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图6所示的本实施例中的终端600可以包括：一个或多个处理器601、一个或多个输入设备602、一个或多个输出设备603及一个或多个存储器604。上述处理器601、输入设备602、则输出设备603及存储器604通过通信总线605完成相互间的通信。存储器604用于存储计算机程序，计算机程序包括程序指令。处理器601用于执行存储器604存储的程序指令。其中，处理器601被配置用于调用程序指令执行以下操作上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块100至300的功能。

应当理解，在本发明实施例中，所称处理器601可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

输入设备602可以包括触控板、指纹采传感器(用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息)、麦克风等，输出设备603可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。

该存储器604可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器601提供指令和数据。存储器604的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器604还可以存储设备类型的信息。

具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器601、输入设备602、输出设备603可执行本发明实施例提供的岩体边坡安全系数计算方法的第一实施例和第二实施例中所描述的实现方式，也可执行本发明实施例所描述的终端的实现方式，在此不再赘述。

在本发明的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令被处理器执行时实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。计算机可读存储介质也可以是终端的外部存储设备，例如终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，计算机可读存储介质还可以既包括终端的内部存储单元也包括外部存储设备。计算机可读存储介质用于存储计算机程序及终端所需的其他程序和数据。计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的终端和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，包括：

获取岩体边坡的边坡参数，所述边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数；

根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，所述稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数；

根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

2.如权利要求1所述的岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，所述根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，包括：

根据坡高、岩石单轴抗压强度、地质强度指标和扰动系数确定实际稳定性指数；

根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

3.如权利要求2所述的岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，所述根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数，包括：

根据坡角和第一对应关系表确定第一类系数，其中，所述第一对应关系表包含坡角与第一类系数的对应关系；

根据第一类系数和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

4.如权利要求1所述的岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，所述根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数，包括：

根据实际稳定性指数和临界稳定性指数确定稳定性指数比值；

根据所述稳定性指数比值和第二类系数确定岩体边坡的安全系数。

5.如权利要求4所述的岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，所述第二类系数的确定方法包括：

根据坡角、岩石软硬指标和第二对应关系表确定第二类系数，其中，所述第二对应关系表包含坡角、岩石软硬指标与第二类系数的对应关系。

6.如权利要求4所述的岩体边坡安全系数计算方法，其特征在于，所述岩体边坡的安全系数的确定方法为：

其中，FOS为岩体边坡的安全系数，q₁、q₂、q₃为第二类系数，ω为稳定性指数比值。

7.一种岩体边坡安全系数计算装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取岩体边坡的边坡参数，所述边坡参数包括坡高、坡角、岩体容重、岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石软硬指标和扰动系数；

指数确定模块，用于根据所述边坡参数确定岩体边坡的稳定性指数，其中，所述稳定性指数包括实际稳定性指数和临界稳定性指数；

安全系数确定模块，用于根据所述稳定性指数确定岩体边坡的安全系数。

8.如权利要求7所述的岩体边坡安全系数计算装置，其特征在于，所述指数确定模块包括：

实际指数确定单元，用于根据坡高、岩石单轴抗压强度、地质强度指标和扰动系数确定实际稳定性指数；

临界指数确定单元，用于根据坡角和岩石软硬指标确定临界稳定性指数。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。