CN112507438A - 边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质，包括：进行边坡观测点设置，利用监测设备对边坡岩体进行监测，并基于监测数据进行边坡变形位移量的计算；基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形，并判断变形类型及变形阶段；基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价；基于稳定性分析评价结果建立边坡岩体变形破坏模型；基于建立的边坡岩体变形破坏模型确定边坡岩体变形控制控制策略及控制方法。采用本发明，能够有效控制边坡变形，减小边坡变形位移量，提高边坡稳定性，达到安全生产的目的。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及一种边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质。
背景技术
目前，岩质高边坡稳定性是地铁工程车辆基坑高边坡建设的重要工程地质问题，也是影响工程建设成败的重要因素之一。岩质高边坡开挖期间，往往会出现一定程度的卸荷松弛变形，变形超过一定范围即可能失稳。因此，岩质高边坡变形稳定及加固方案研究一直是近年来的研究热点。
现有的关于边坡岩体变形的控制技术，如三维变形的预测和计算机软件模拟等，都对岩体三维变形公式有很好的借鉴和推进作用，很多学者也都对岩体三维变形作出更为准确的定量的分析而努力着，也提出了许多优秀的边坡岩体变形控制的优秀技术。但是这部分技术主要集中在变形的模拟与预测上，对于变形的控制主要都采用相同的手段，并不是基于边坡的现实情况进行的。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术的变形控制手段比较笼统，没有针对边坡具体的变形情况进行不同的控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质，能够有效控制边坡变形，减小边坡变形位移量，提高边坡稳定性，达到安全生产的目的。
为了实现上述目的，本发明的第一个方面提供了一种边坡岩体变形控制方法，其包括如下步骤：
S101，进行边坡观测点设置，利用设置于观测点的监测设备对边坡岩体进行监测；并基于监测数据进行边坡变形位移量的计算；
S102，基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形，若出现变形，判断变形类型及变形阶段；并基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价；
S103，查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件，并基于有限元程序建立边坡有限元数值模型；
S104，输入边坡地层力学参数，输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算，通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至确定边坡破坏区；
S105，根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏区强度参数进行折减计算，不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通；
S106，确定每一级滑动面拉破坏区，在模型中设定拉破坏区为空单元；对新的数值模型再次进行计算，通过模型构建程序并基于稳定性分析评价结果建立边坡岩体变形破坏模型；
S107，基于建立的边坡岩体变形破坏模型确定边坡岩体变形控制控制策略及控制方法。
作为本发明的优选方案，步骤S101中，所述边坡观测点的设置方法包括如下步骤：
S201，获取边坡地质条件数据、周围的环境数据以及边坡地图数据；
S202，基于获取到的边坡地质条件数据、周围环境数据以及边坡地图数据，确定观测整体范围以及观测点的数量；
S203，基于观测整体范围以及观测点的数量，确定每个观测点的观测范围以及观测点的位置；
S204，基于获取到的相关边坡地质条件数据确定边坡岩体结构特征，确定边坡各个观测区域的危险等级；
S205，对于危险等级高的观测区域适当增加观测点的数量；
S206，基于步骤S203以及步骤S205确定的观测点进行监测设备布置。
作为本发明的优选方案，步骤S201中，所述边坡地质条件数据包括坡体形态、坡高、坡角、坡体结构和岩土体特性及其他数据；所述周围环境数据包括新构造运动特征、年降雨量和场地地震烈度及其他相关数据。
作为本发明的优选方案，步骤S101中，所述边坡变形位移量的计算方法为：
(1)监测边坡位移数据ti及Si，其中，ti为监测时刻，Si为ti时刻对应的位移量，i＝1，2，3…；
(2)对位移量Si除以单位位移，监测时刻除以单位时间，分别进行标准化；
(3)根据标准化后的边坡位移数据，计算位移时间曲线切线角；并根据位移时间曲线切线角确定所述边坡变形位移量；
所述位移时间曲线切线角的计算公式为：
其中，
为第i时刻的标准切线角，Ss为标准化时采用的单位位移，ts为标准化时采用的单位时间。
作为本发明的优选方案，步骤S102中，所述基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形的方法包括如下步骤：
S301，获取监测数据以及边坡变形位移量，并对获取的数据进行处理与存储；
S302，将当前处理后的监测数据与之前存储的观测点的监测数据进行对比，判断当前的监测数据与之前观测点的监测数据的差异度，当差异度超出设定阈值时，则判定边坡岩体出现变形；若差异度没有超出设定阈值，则转向下一个步骤；
S303，判断边坡变形位移量是否大于最大位移量，若是，则判断边坡岩体出现变形；若否，则不执行其他处理。
作为本发明的优选方案，步骤S102中，所述基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价的方法包括如下步骤：
S401，获取边坡监测数据、变形类型以及变形阶段，并基于获取的数据确定边坡岩体的稳定性评价指标；
S402，基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵；
S403，计算边坡的监测数据、变形类型以及变形阶段与决策矩阵的相似度，并得到的边坡岩体的稳定性等级。
其中，所述变形阶段包括表生阶段、时效变形阶段以及大变形及累进性破坏阶段。
作为本发明的优选方案，步骤S402中，所述基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵的方法包括：
S501，建立标准决策矩阵，并对标准决策矩阵规范化；
S502，确定边坡岩体稳定性评价指标的权重；
S503，将规范化的标准决策矩阵与权重矩阵相乘，得到对应评价指标的决策矩阵。
作为本发明的优选方案，步骤S501中，所述对标准决策矩阵规范化的方法包括如下步骤：
S601，基于指定的切分长度针对目标标准决策矩阵进行遍历切分，得到第一切分单元集合；
S602，在预设的索引列表中查找与所述第一切分单元集合中各切分单元关联的规范化标准决策矩阵，得到与所述第一切分单元集合对应的规范化标准决策矩阵集合；所述索引列表包括针对规范化标准决策矩阵进行遍历切分得到的切分单元、以及所述切分单元关联的规范化标准决策矩阵；
S603，计算所述目标标准决策矩阵与所述规范化标准决策矩阵集合中各矩阵的相似度；
S604，基于计算出的所述相似度在所述规范化标准决策矩阵集合中查找与所述目标标准决策矩阵对应的规范化标准决策矩阵，并将该目标标准决策矩阵转化为查找到的规范化标准决策矩阵。
作为本发明的优选方案，步骤S502中，所述确定边坡岩体稳定性评价指标权重的方法包括如下步骤：
S701，利用层次分析法确定边坡岩体稳定性评价指标的权重系数；
S702，对得到的边坡岩体稳定性评价指标的权重系数进行逻辑检验以及随机一致性比率检验；
S703，将通过逻辑以及随机一致性检验的权重系数作为边坡岩体稳定性评价指标的权重。
本发明的第二个方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上面各项内容所述的边坡岩体变形控制方法的步骤。
本发明的第三个方面一种计算机程序产品，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上面各项内容所述的边坡岩体变形控制方法的步骤。
实施本发明提供的一种边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明通过对边坡岩体的地质、环境条件进行分析，确定边坡岩体的变形情况，并进行稳定性分析，建立边坡岩体变形破坏模型，从而能够基于不同的边坡岩体变形的情况采用不同的控制策略以及不同的控制方法，能够有效控制边坡变形，减小边坡变形位移量，提高边坡稳定性，达到安全生产的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种边坡岩体变形控制方法的方法流程图；
图2是边坡观测点设置的方法流程图；
图3是基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形的方法流程图；
图4是基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价的方法流程图；
图5是建立对应评价指标的决策矩阵的方法流程图；
图6是对标准决策矩阵规范化的方法流程图；
图7是确定边坡岩体稳定性评价指标权重的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种边坡岩体变形控制方法，其包括如下步骤：
S101，进行边坡观测点设置，利用设置于观测点的监测设备对边坡岩体进行监测；并基于监测数据进行边坡变形位移量的计算；
S102，基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形，若出现变形，判断变形类型及变形阶段；并基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价；
S103，查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件，并基于有限元程序建立边坡有限元数值模型；
S104，输入边坡地层力学参数，输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算，通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至确定边坡破坏区；
S105，根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏区强度参数进行折减计算，不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通；
S106，确定每一级滑动面拉破坏区，在模型中设定拉破坏区为空单元；对新的数值模型再次进行计算，通过模型构建程序并基于稳定性分析评价结果建立边坡岩体变形破坏模型；
S107，基于建立的边坡岩体变形破坏模型确定边坡岩体变形控制控制策略及控制方法。
上述步骤S101中，所述边坡变形位移量的计算方法为：
(1)监测边坡位移数据ti及Si，其中，ti为监测时刻，Si为ti时刻对应的位移量，i＝1，2，3…；
(2)对位移量Si除以单位位移，监测时刻除以单位时间，分别进行标准化；
(3)根据标准化后的边坡位移数据，计算位移时间曲线切线角；并根据位移时间曲线切线角确定所述边坡变形位移量；
所述位移时间曲线切线角的计算公式为：
其中，
为第i时刻的标准切线角，Ss为标准化时采用的单位位移，ts为标准化时采用的单位时间。
如图2所示，上述步骤S101中，所述边坡观测点的设置方法包括如下步骤：
S201，获取边坡地质条件数据、周围的环境数据以及边坡地图数据；
S202，基于获取到的边坡地质条件数据、周围环境数据以及边坡地图数据，确定观测整体范围以及观测点的数量；
S203，基于观测整体范围以及观测点的数量，确定每个观测点的观测范围以及观测点的位置；
S204，基于获取到的相关边坡地质条件数据确定边坡岩体结构特征，确定边坡各个观测区域的危险等级；
S205，对于危险等级高的观测区域适当增加观测点的数量；
S206，基于步骤S203以及步骤S205确定的观测点进行监测设备布置。
上述步骤S201中，所述边坡地质条件数据包括坡体形态、坡高、坡角、坡体结构和岩土体特性及其他数据；所述周围环境数据包括新构造运动特征、年降雨量和场地地震烈度及其他相关数据。
如图3所示，上述步骤S102中，所述基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形的方法包括如下步骤：
S301，获取监测数据以及边坡变形位移量，并对获取的数据进行处理与存储；
S302，将当前处理后的监测数据与之前存储的观测点的监测数据进行对比，判断当前的监测数据与之前观测点的监测数据的差异度，当差异度超出设定阈值时，则判定边坡岩体出现变形；若差异度没有超出设定阈值，则转向下一个步骤；
S303，判断边坡变形位移量是否大于最大位移量，若是，则判断边坡岩体出现变形；若否，则不执行其他处理。
如图4所示，上述步骤S102中，所述基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价的方法包括如下步骤：
S401，获取边坡监测数据、变形类型以及变形阶段，并基于获取的数据确定边坡岩体的稳定性评价指标；
S402，基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵；
S403，计算边坡的监测数据、变形类型以及变形阶段与决策矩阵的相似度，并得到的边坡岩体的稳定性等级。
其中，所述变形阶段包括表生阶段、时效变形阶段以及大变形及累进性破坏阶段。
如图5所示，上述步骤S402中，所述基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵的方法包括：
S501，建立标准决策矩阵，并对标准决策矩阵规范化；
S502，确定边坡岩体稳定性评价指标的权重；
S503，将规范化的标准决策矩阵与权重矩阵相乘，得到对应评价指标的决策矩阵。
如图6所示，上述步骤S501中，所述对标准决策矩阵规范化的方法包括如下步骤：
S601，基于指定的切分长度针对目标标准决策矩阵进行遍历切分，得到第一切分单元集合；
S602，在预设的索引列表中查找与所述第一切分单元集合中各切分单元关联的规范化标准决策矩阵，得到与所述第一切分单元集合对应的规范化标准决策矩阵集合；所述索引列表包括针对规范化标准决策矩阵进行遍历切分得到的切分单元、以及所述切分单元关联的规范化标准决策矩阵；
S603，计算所述目标标准决策矩阵与所述规范化标准决策矩阵集合中各矩阵的相似度；
S604，基于计算出的所述相似度在所述规范化标准决策矩阵集合中查找与所述目标标准决策矩阵对应的规范化标准决策矩阵，并将该目标标准决策矩阵转化为查找到的规范化标准决策矩阵。
如图7所示，上述步骤S502中，所述确定边坡岩体稳定性评价指标权重的方法包括如下步骤：
S701，利用层次分析法确定边坡岩体稳定性评价指标的权重系数；
S702，对得到的边坡岩体稳定性评价指标的权重系数进行逻辑检验以及随机一致性比率检验；
S703，将通过逻辑以及随机一致性检验的权重系数作为边坡岩体稳定性评价指标的权重。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。据此，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上面各项内容所述的边坡岩体变形控制方法的步骤；还提供了一种计算机程序产品，其包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上面各项内容所述的边坡岩体变形控制方法的步骤。
上述的边坡岩体变形控制方法、计算机程序产品及可读存储介质中，通过对边坡岩体的地质、环境条件进行分析，确定边坡岩体的变形情况，并进行稳定性分析，建立边坡岩体变形破坏模型，从而能够基于不同的边坡岩体变形的情况采用不同的控制策略以及不同的控制方法，能够有效控制边坡变形，减小边坡变形位移量，提高边坡稳定性，达到安全生产的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种边坡岩体变形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101，进行边坡观测点设置，利用设置于观测点的监测设备对边坡岩体进行监测；并基于监测数据进行边坡变形位移量的计算；
S102，基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形，若出现变形，判断变形类型及变形阶段；并基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价；
S103，查明滑坡区域范围、变形特征、水文地质与工程地质条件，并基于有限元程序建立边坡有限元数值模型；
S104，输入边坡地层力学参数，输入折减参数及岩土体力学参数进行有限元计算，通过不断折减边坡整体单元的强度参数，直至确定边坡破坏区；
S105，根据弹塑性准则，通过定义折减系数对破坏区强度参数进行折减计算，不断折减破坏区强度参数直至滑动面贯通；
S106，确定每一级滑动面拉破坏区，在模型中设定拉破坏区为空单元；对新的数值模型再次进行计算，通过模型构建程序并基于稳定性分析评价结果建立边坡岩体变形破坏模型；
S107，基于建立的边坡岩体变形破坏模型确定边坡岩体变形控制控制策略及控制方法。
2.如权利要求1所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，
步骤S101中，所述边坡观测点的设置方法包括如下步骤：
S201，获取边坡地质条件数据、周围的环境数据以及边坡地图数据；
S202，基于获取到的边坡地质条件数据、周围环境数据以及边坡地图数据，确定观测整体范围以及观测点的数量；
S203，基于观测整体范围以及观测点的数量，确定每个观测点的观测范围以及观测点的位置；
S204，基于获取到的相关边坡地质条件数据确定边坡岩体结构特征，确定边坡各个观测区域的危险等级；
S205，对于危险等级高的观测区域适当增加观测点的数量；
S206，基于步骤S203以及步骤S205确定的观测点进行监测设备布置。
3.如权利要求2所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S201中，所述边坡地质条件数据包括坡体形态、坡高、坡角、坡体结构和岩土体特性及其他数据；所述周围环境数据包括新构造运动特征、年降雨量和场地地震烈度及其他相关数据。
4.如权利要求1所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S101中，所述边坡变形位移量的计算方法为：
(1)监测边坡位移数据ti及Si，其中，ti为监测时刻，Si为ti时刻对应的位移量，i＝1，2，3…；
(2)对位移量Si除以单位位移，监测时刻除以单位时间，分别进行标准化；
(3)根据标准化后的边坡位移数据，计算位移时间曲线切线角；并根据位移时间曲线切线角确定所述边坡变形位移量；
所述位移时间曲线切线角的计算公式为：
其中，
为第i时刻的标准切线角，Ss为标准化时采用的单位位移，ts为标准化时采用的单位时间。
5.如权利要求1所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S102中，所述基于监测数据以及边坡变形位移量确定边坡岩体是否出现变形的方法包括如下步骤：
S301，获取监测数据以及边坡变形位移量，并对获取的数据进行处理与存储；
S302，将当前处理后的监测数据与之前存储的观测点的监测数据进行对比，判断当前的监测数据与之前观测点的监测数据的差异度，当差异度超出设定阈值时，则判定边坡岩体出现变形；若差异度没有超出设定阈值，则转向下一个步骤；
S303，判断边坡变形位移量是否大于最大位移量，若是，则判断边坡岩体出现变形；若否，则不执行其他处理。
6.如权利要求5所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S102中，所述基于监测数据、变形类型及变形阶段进行边坡稳定性分析评价的方法包括如下步骤：
S401，获取边坡监测数据、变形类型以及变形阶段，并基于获取的数据确定边坡岩体的稳定性评价指标；
S402，基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵；
S403，计算边坡的监测数据、变形类型以及变形阶段与决策矩阵的相似度，并得到的边坡岩体的稳定性等级。
其中，所述变形阶段包括表生阶段、时效变形阶段以及大变形及累进性破坏阶段。
7.如权利要求6所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S402中，所述基于确定的边坡岩体的稳定性评价指标，建立对应评价指标的决策矩阵的方法包括：
S501，建立标准决策矩阵，并对标准决策矩阵规范化；
S502，确定边坡岩体稳定性评价指标的权重；
S503，将规范化的标准决策矩阵与权重矩阵相乘，得到对应评价指标的决策矩阵。
8.如权利要求7所述的边坡岩体变形控制方法，其特征在于，步骤S501中，所述对标准决策矩阵规范化的方法包括如下步骤：
S601，基于指定的切分长度针对目标标准决策矩阵进行遍历切分，得到第一切分单元集合；
S602，在预设的索引列表中查找与所述第一切分单元集合中各切分单元关联的规范化标准决策矩阵，得到与所述第一切分单元集合对应的规范化标准决策矩阵集合；所述索引列表包括针对规范化标准决策矩阵进行遍历切分得到的切分单元、以及所述切分单元关联的规范化标准决策矩阵；
S603，计算所述目标标准决策矩阵与所述规范化标准决策矩阵集合中各矩阵的相似度；
S604，基于计算出的所述相似度在所述规范化标准决策矩阵集合中查找与所述目标标准决策矩阵对应的规范化标准决策矩阵，并将该目标标准决策矩阵转化为查找到的规范化标准决策矩阵。
步骤S502中，所述确定边坡岩体稳定性评价指标权重的方法包括如下步骤：
S701，利用层次分析法确定边坡岩体稳定性评价指标的权重系数；
S702，对得到的边坡岩体稳定性评价指标的权重系数进行逻辑检验以及随机一致性比率检验；
S703，将通过逻辑以及随机一致性检验的权重系数作为边坡岩体稳定性评价指标的权重。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，其特征在于，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～8任意一项所述的边坡岩体变形控制方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行如权利要求1～8任意一项所述的边坡岩体变形控制方法的步骤。
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