CN113836772A - 基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 - Google Patents
基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113836772A CN113836772A CN202111149375.0A CN202111149375A CN113836772A CN 113836772 A CN113836772 A CN 113836772A CN 202111149375 A CN202111149375 A CN 202111149375A CN 113836772 A CN113836772 A CN 113836772A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- discrete cosine
- rock
- cosine transform
- toppled
- hoek
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 7
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011438 discrete method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/08—Probabilistic or stochastic CAD
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，属于土木技术领域，根据地质条件确定倾倒岩体物理系数参数区间范围及岩层倾角；根据其物理力学参数构建数值模拟计算模型，采用Hoek‑Brown强度准则计算其最小主应力；根据得到的最小主应力通过Hoek‑Brown强度准则和Mohr‑Coulomb准则的转换关系得到粘聚力及内摩擦角；在得到的粘聚力及内摩擦角的基础上加上通过离散余弦变换得到的抗剪强度参数随机场，通过坐标旋转实现随机场相关结构方向与岩层倾角方向一致；通过蒙特卡洛法和强度折减法求得倾倒岩体的安全系数及失效概率。本发明充分考虑了倾倒岩体岩土力学参数的不确定性及岩层倾角对其安全性的影响，提供更加贴近实际的倾倒变形体安全评判。
Description
技术领域
本发明属于土木技术领域，具体涉及基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法。
背景技术
根据已有的岩土力学参数生成随机场，考虑参数的空间变异性，是目前常用的岩体非确定性安全评价方法。以往随机场的离散方法主要有：中心点离散法、局部平均法、插值函数法、加权积分法、正交展开法等。其中，中心点离散法存在计算精度不高的问题；局部平均法要求局部平均单元与有限元单元尺寸相同；插值函数法要求随机场对空间参数具有较高的连续性；加权积分法受单元形态的影响，计算工作量大；正交展开法对于二维、三维块体结构刚度矩阵的表达式很难获取。
以上所述的随机场的生成方式得到的随机场依赖有限元计算网格，并且生成方式复杂，在使用蒙塔卡罗方法进行多次模拟时效率低下。
针对以上存在的问题，本发明提出了一种基于离散余弦变换的水动力型滑坡非确定性安全性评价方法，该方法使用离散余弦变换生成随机场，随机场对有限元网格依赖性小，同时生成方式简单，计算效率高。该方法可以充分考虑了岩土力学参数的不确定性及岩层倾角对边坡安全性的影响，该方法能够弥补现有确定性分析方法的缺点，为工程技术人员提供更为可靠的滑坡评价标准。
发明内容
发明目的：本发明目的在于提供基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，该方法充分考虑了岩土力学参数的不确定性及岩层倾角对倾倒岩体安全性的影响，能够得出更加符合实际的岩体安全系数。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，包括如下步骤：
(1)根据倾倒变形体地质条件确定物理力学参数；
(2)根据确定的物理力学参数构建数值模拟计算模型，采用Hoek-Brown强度准则计算其最小主应力；
(3)根据得到的最小主应力通过Hoek-Brown强度准则和Mohr-Coulomb准则的转换关系得到粘聚力及内摩擦角；
(4)在得到的粘聚力及内摩擦角的基础上加上通过离散余弦变换得到的抗剪强度参数随机场，通过坐标旋转实现随机场相关结构方向与岩层方向一致；
(5)通过蒙特卡洛法和强度折减法求得倾倒岩体的安全系数及失效概率。
进一步地，所述的步骤(1)中，具体为，根据倾倒岩体地质条件确定岩体力学Hoek-Brown强度参数：单轴抗压参数、Hoek-Brown准则m参数、Hoek-Brown准则s参数。
进一步地，所述的步骤(4)中，具体为，非确定性有限元模型参数采用离散余弦变换生成的参数随机场，考虑参数的空间变异性。
进一步地，所述的步骤(4)中，具体为，基于离散余弦变换生成参数随机场的方式，实现生成的随机场相关结构的方向与岩层倾角方向一致。
进一步地，所述的步骤(4)中，离散余弦变换的表达式为：
其中：其中x、y、z是空间坐标；m、n、k是空间频率；M、N、K是空间相关长度相关量；a(k,m,n)是振幅；φ(k,m,n)是相位角；d是与函数周期相关的量；
根据其中参数的不同取值，实现生成规律不同的二维、三维随机场。
进一步地，所述的步骤(5)中求解安全系数和失效概率的方式，采用强度折减和蒙特卡洛方法的方式进行。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明充分考虑了岩土力学参数的不确定性，更加符合岩土体高度非确定性的特点，采用离散余弦变换构建随机场的方式可以有效减少以往随机场生成方式对模型网格的依赖性，该随机场的生成方式较已有的随机场生成方式计算效率高，在强度折减的基础上，采用蒙特卡洛方法得到了倾倒岩体的失稳概率，能够为工程技术人员提供更科学的评判标准，具有较强的工程意义。
附图说明
图1为本发明基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法简要流程图；
图2为倾倒岩体计算模型；
图3为利用离散余弦变换生成的内摩擦角随机场。
具体实施方式
下面结合一个二维倾倒岩体实例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，包括如下步骤：
(1)根据倾倒岩体地质条件确定岩体力学Hoek-Brown强度参数：单轴抗压参数、Hoek-Brown准则m参数、Hoek-Brown准则s参数；
(2)根据确定的岩土力学参数构建数值模拟计算模型，采用Hoek-Brown强度准则计算其最小主应力；
(3)根据得到的最小主应力通过Hoek-Brown强度准则和Mohr-Coulomb准则的转换关系得到粘聚力及内摩擦角；
(4)在得到的粘聚力及内摩擦角的基础上加上通过离散余弦变换得到的抗剪强度参数随机场，通过坐标旋转实现随机场相关结构方向与岩层方向一致；
(5)通过蒙特卡洛法和强度折减法求得倾倒岩体的安全系数及失效概率。
具体的，步骤(4)中非确定性有限元计算模型构建方法为：考虑参数的不确定性和空间变异性，利用离散余弦变换生成参数随机场。其中，离散余弦变换的表达式为：
其中：其中x、y、z是空间坐标；m、n、k是空间频率；M、N、K是空间相关长度相关量；a(k,m,n)是振幅；φ(k,m,n)是相位角；d是与函数周期相关的量。
根据其中参数的不同取值，可以实现生成规律不同的二维、三维随机场。
步骤(5)中求解安全系数和失效概率的方式，采用强度折减和蒙特卡洛方法的方式进行。
实施例
本发明的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，包括如下步骤：
(1)根据倾倒岩体地质条件确定岩体力学参数；
图2为倾倒岩体计算模型，为一个岩层存在倾角的岩质斜坡。
(2)根据确定的岩土力学参数构建数值模拟计算模型，采用Hoek-Brown强度准则计算其最小主应力；
(3)根据得到的最小主应力通过Hoek-Brown强度准则和Mohr-Coulomb准则的转换关系得到粘聚力及内摩擦角；
(4)在得到的粘聚力及内摩擦角的基础上加上通过离散余弦变换得到的抗剪强度参数随机场，通过坐标旋转实现随机场相关结构方向与岩层方向一致，图3为抗剪参数随机场，可见其与坡面存在夹角；
(5)通过蒙特卡洛法和强度折减法求得倾倒岩体的安全系数及失效概率。
采用蒙特卡洛方式对非确定性模型进行模拟，当模拟次数足够多时该模型的失效概率保持稳定，通过10000次模拟可得：其安全系数取为0.96，其失效概率为75％。
Claims (6)
1.基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据倾倒变形体地质条件确定物理力学参数；
(2)根据确定的物理力学参数构建数值模拟计算模型，采用Hoek-Brown强度准则计算其最小主应力；
(3)根据得到的最小主应力通过Hoek-Brown强度准则和Mohr-Coulomb准则的转换关系得到粘聚力及内摩擦角；
(4)在得到的粘聚力及内摩擦角的基础上加上通过离散余弦变换得到的抗剪强度参数随机场，通过坐标旋转实现随机场相关结构方向与岩层方向一致；
(5)通过蒙特卡洛法和强度折减法求得倾倒岩体的安全系数及失效概率。
2.根据权利要求1所述的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，具体为，根据倾倒岩体地质条件确定岩体力学Hoek-Brown强度参数：单轴抗压参数、Hoek-Brown准则m参数、Hoek-Brown准则s参数。
3.根据权利要求1所述的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，具体为，非确定性有限元模型参数采用离散余弦变换生成的参数随机场，考虑参数的空间变异性。
4.根据权利要求2所述的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，具体为，基于离散余弦变换生成参数随机场的方式，实现生成的随机场相关结构的方向与岩层倾角方向一致。
5.根据权利要求1所述的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，离散余弦变换的表达式为：
其中：其中x、y、z是空间坐标；m、n、k是空间频率；M、N、K是空间相关长度相关量；a(k,m,n)是振幅；φ(k,m,n)是相位角；d是与函数周期相关的量；
根据其中参数的不同取值，实现生成规律不同的二维、三维随机场。
6.根据权利要求1所述的基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法，其特征在于，所述的步骤(5)中求解安全系数和失效概率的方式，采用强度折减和蒙特卡洛方法的方式进行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111149375.0A CN113836772A (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111149375.0A CN113836772A (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113836772A true CN113836772A (zh) | 2021-12-24 |
Family
ID=78967488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111149375.0A Pending CN113836772A (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113836772A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115600398A (zh) * | 2022-10-10 | 2023-01-13 | 长安大学（Cn） | 一种基于蒙特卡洛模拟的大型洞室岩体参数概率估计方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103175730A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-06-26 | 长沙理工大学 | 一种节理岩体力学参数确定方法 |
| CN103235889A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-07 | 林杭 | 一种Hoek-Brown准则的直接强度折减方法 |
| CN108763749A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-06 | 湖南科技大学 | 一种判断不同富水程度和饱水时间下掌子面稳定性的方法 |
| CN111191393A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-22 | 河海大学 | 基于离散余弦变换的水动力型滑坡非确定性评价方法及装置 |
| CN111931326A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-11-13 | 西安理工大学 | 一种基于随钻监测技术的岩石残余强度的原位预测方法 |
-
2021
- 2021-09-29 CN CN202111149375.0A patent/CN113836772A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103175730A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-06-26 | 长沙理工大学 | 一种节理岩体力学参数确定方法 |
| CN103235889A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-07 | 林杭 | 一种Hoek-Brown准则的直接强度折减方法 |
| CN108763749A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-06 | 湖南科技大学 | 一种判断不同富水程度和饱水时间下掌子面稳定性的方法 |
| CN111191393A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-22 | 河海大学 | 基于离散余弦变换的水动力型滑坡非确定性评价方法及装置 |
| CN111931326A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-11-13 | 西安理工大学 | 一种基于随钻监测技术的岩石残余强度的原位预测方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115600398A (zh) * | 2022-10-10 | 2023-01-13 | 长安大学（Cn） | 一种基于蒙特卡洛模拟的大型洞室岩体参数概率估计方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mirocha et al. | Implementation of a nonlinear subfilter turbulence stress model for large-eddy simulation in the Advanced Research WRF model | |
| Pang et al. | Seismic performance evaluation of high CFRD slopes subjected to near-fault ground motions based on generalized probability density evolution method | |
| Sanders | Integration of a shallow water model with a local time step | |
| Staubach et al. | Long-term deformations of monopile foundations for offshore wind turbines studied with a high-cycle accumulation model | |
| Chen et al. | Numerical estimation of REV and permeability tensor for fractured rock masses by composite element method | |
| CN107301282B (zh) | 基于多源监测时序数据的混凝土坝力学参数反演方法 | |
| CN111553107B (zh) | 可液化场地桩基随机地震反应分析与安全评价方法 | |
| Kardani et al. | Refined h-adaptive finite element procedure for large deformation geotechnical problems | |
| CN113836772A (zh) | 基于离散余弦变换适用于倾倒变形体的非确定性评价方法 | |
| CN110702881A (zh) | 岩土材料参数变异性结果的预测方法及其应用 | |
| CN111191393B (zh) | 基于离散余弦变换的水动力型滑坡非确定性评价方法及装置 | |
| CN112765767A (zh) | 一种考虑旋转效应的岩土体参数随机场建模方法 | |
| Dravinski et al. | Peak surface motion due to scattering of plane harmonic P, SV, or Rayleigh waves by a rough cavity embedded in an elastic half-space | |
| CN112734929A (zh) | 基于网格细分算法的土石坝复杂土料场开挖方量计算方法 | |
| Hu et al. | Slope excavation quality assessment and excavated volume calculation in hydraulic projects based on laser scanning technology | |
| CN115221758A (zh) | 一种模拟波浪荷载作用下海床响应的概率计算方法 | |
| Li et al. | Spline-interpolation-based FFT approach to fast simulation of multivariate stochastic processes | |
| Bürg et al. | Application of a second-order implicit material point method | |
| Li et al. | Research on the equivalent stiffness of bucket foundations for offshore wind power | |
| Liu et al. | 3D seabed terrain establishment based on moving fractal interpolation | |
| Chen et al. | The improved Kriging interpolation algorithm for local underwater terrain based on fractal compensation | |
| Fan et al. | Fully assessing foundation failure envelopes under combined loads in spatially variable clay | |
| Zhao et al. | Design and development of system for mapping granary on basis of WPF 3D application | |
| Staubach et al. | Separating fluid and solid contact constraints for hydro-mechanically coupled finite elements discretising fluid displacement | |
| Li et al. | Probabilistic analysis of post-failure runout behavior of landslides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |