CN115115146A - 基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN115115146A CN202211036882.8A CN202211036882A CN115115146A CN 115115146 A CN115115146 A CN 115115146A CN 202211036882 A CN202211036882 A CN 202211036882A CN 115115146 A CN115115146 A CN 115115146A
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Abstract

本发明提供了基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质，涉及边坡预警技术领域。本发明综合运用了现场监测手段和现有的边坡安全系数计算方法，通过考虑多土层与边坡安全系数的关系、任意浸润线与边坡安全系数的关系，考虑地震中滑体的弱化、超孔隙水压力、加速度放大效应与边坡安全系数的关系，并将其作为边坡安全性的计算指标，可以提高地震风险预测的精确度，同时结合其他因素得到最终预警等级，对于预警等级的判断考虑因素更加完善，进而提高预警等级的精准度。再者，利用本发明提供的边坡地震预警方法可以在不需要大量历史监测数据的条件下，实时动态反应安全预警等级，也可对待多次地震作用下的情况进行预警，且缩短预警时间。

Description

基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及边坡预警技术领域，具体而言，涉及基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
铁路线路较长，往往需要穿越复杂的地形，其中，边坡是铁路常见的地形，边坡的安全严重威胁铁路建设、运营的安全，但是，当前边坡的预警装置中缺乏对于多层土质边坡地震安全预警的装置，尤其是预警装置没有考虑覆盖层与边坡安全系数的关系、浸润线与边坡安全系数的关系、地震对于滑体的弱化和超孔隙水压力等的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供基于地震作用的边坡预警方法、装置、设备及存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了基于地震作用的边坡预警方法，包括：
获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合；
基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力；
基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力；
基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数；
基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
第二方面，本申请还提供了基于地震作用的边坡预警装置，包括获取模块、第一计算模块、第二计算模块、安全系数模块和预警等级模块，其中：
获取模块：用于获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合；
第一计算模块：用于基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力；
第二计算模块：用于基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力；
安全系数模块：用于基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数；
预警等级模块：用于基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
第三方面，本申请还提供了基于地震作用的边坡预警设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述基于地震作用的边坡预警方法的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于地震作用的边坡预警方法的步骤。
本发明的有益效果为：
在实际的边坡地震风险评价中，所得到的风险等级是静态的，难以考虑多土层的实际情况，也没有考虑加速度放大系数和超孔隙水压力的影响，导致最终得到的预警信息存在一定的误差，易出现误报、缺报的情况。本发明综合运用了现场监测手段和现有的边坡安全系数计算方法，通过考虑多土层与边坡安全系数的关系、任意浸润线与边坡安全系数的关系，考虑地震中滑体的弱化、超孔隙水压力、加速度放大效应与边坡安全系数的关系，并将其作为边坡安全性的计算指标，可以提高地震风险预测的精确度，同时结合其他因素得到最终预警等级，对于预警等级的判断考虑因素更加完善，进而提高预警等级的精准度。再者，利用本发明提供的边坡地震预警方法可以在不需要大量历史监测数据的条件下，实时动态反应安全预警等级，也可对待多次地震作用下的情况进行预警，且缩短预警时间。其次，通过监测数据计算超孔隙水压力，有效的反映了岩土体本身的材料特性和含水率特性，更符合工程实际的需要。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实施例中所述的基于地震作用的边坡预警方法的框图；
图2为本实施例中所述的基于地震作用的边坡预警装置的框图；
图3为本实施例中所述的基于地震作用的边坡预警设备的框图。
图中：710-获取模块；720-第一计算模块；721-第一获取单元；722-判断单元；723-第一处理单元；724-第二处理单元；725-第三处理单元；726-第四处理单元；727-第五处理单元；730-第二计算模块；731-检索单元；732-第六处理单元；733-第七处理单元；734-第八处理单元；740-安全系数模块；750-预警等级模块；800-基于地震作用的边坡预警设备；801-处理器；802-存储器；803-多媒体组件；804-I/O接口；805-通信组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
参见图1，图1为本实施例中基于地震作用的边坡预警方法的框图。图1中示出了本方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5。
步骤S1、获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合。
可以理解的是，在本步骤中，通过实际边坡工程的地质勘探数据如天然重度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力、法向刚度、切向刚度、抗拉强度、外部边界线、内部结构面几何轮廓、等高线形状等，通过有限元软件进行实际边坡的模拟构建边坡模型，并通过极限平衡分析法对坡模型进行失稳模拟确定潜在滑面模型。最后，按照潜在滑面的土的类型、滑面倾角等将潜在滑面模型进行分割，得到滑面集合。
详细地，上述边坡的潜在滑面模型的构建方法包括步骤S11、步骤S12、步骤S13和步骤S14。
步骤S11、基于边坡的地质勘探数据建立边坡模型。
可以理解的是，在本步骤中，根据实地考察得到的地质勘探数据利用3DEC离散元软件和MatDEM高性能离散元软件等三维离散元软件，按照一定比例进行重建得到边坡模型。
步骤S12、基于所述边坡模型利用库伦土压力理论计算，得到初始滑面。
可以理解的是，在本步骤中，基于边坡模型根据各种土的干密度、随含水率变化后的黏聚力和内摩擦角，计算抗剪强度最小的土层，其中的计算按照库伦被动土压力的计算方法计算，则将该土层与下一土层的交界面按照形状简化成n条直线，从而形成初始滑面。以强度折减法计算边坡的安全系数，具体方法如下：
其中第I块滑体（分割后编号为I的滑体），其下滑推力通过公式（1）计算为：
Figure 414598DEST_PATH_IMAGE001
（1）
在沿滑面线方向，其下滑分力
Figure 319100DEST_PATH_IMAGE002
通过公式（2）计算为：
Figure 497271DEST_PATH_IMAGE003
（2）
原有抗滑力
Figure 385593DEST_PATH_IMAGE004
通过公式（3）计算为：
Figure 969896DEST_PATH_IMAGE005
（3）
传递系数
Figure 463325DEST_PATH_IMAGE006
通过公式（4）计算为：
Figure 77977DEST_PATH_IMAGE007
（4）
由于用隐式解求安全系数，因此需要在抗滑力后除以安全系数
Figure 892743DEST_PATH_IMAGE008
，将上述公式 （1）-（4）式子合并则有公式（5）：
Figure 251043DEST_PATH_IMAGE009
（5）
令
Figure 192454DEST_PATH_IMAGE010
，通过公式（6）可以求得各块体的条间力。
Figure 742122DEST_PATH_IMAGE011
（6）
代入初始安全系数
Figure 605036DEST_PATH_IMAGE012
，并进行迭代，当
Figure 767027DEST_PATH_IMAGE013
趋向于0，则可得边坡最终安全系数。
其中公式（1）至公式（6）中，
Figure 562945DEST_PATH_IMAGE014
为下滑推力；
Figure 253820DEST_PATH_IMAGE015
为每个滑体对应的滑面倾角；
Figure 630794DEST_PATH_IMAGE016
为第I块滑体的重度；
Figure 393214DEST_PATH_IMAGE017
为第I块滑体的内摩擦角；
Figure 246900DEST_PATH_IMAGE018
为第I块滑体的黏聚力；
Figure 170994DEST_PATH_IMAGE019
为第I块滑 体的滑面长度；
Figure 742920DEST_PATH_IMAGE020
为第I块滑体的传递系数；
Figure 777873DEST_PATH_IMAGE021
为第I块滑体上一滑体的剩余下滑力；
Figure 312497DEST_PATH_IMAGE022
为第I块滑体的总下滑力；
Figure 407492DEST_PATH_IMAGE023
为第I块滑体的抗滑力；
Figure 201135DEST_PATH_IMAGE024
为第I块滑体上一滑体的滑 面倾角；
Figure 305358DEST_PATH_IMAGE025
为安全系数。
步骤S13、基于所述初始滑面确定控制点，并利用强度折减法计算每个所述控制点的第二安全系数。
可以理解的是，在本步骤中，将初始滑面划分后的每个滑体的滑面（为直线段）与相邻滑体的滑面（为直线段）的交界点作为控制点，改变控制点的坐标，从而可以不断计算出边坡的不同位置处对应的第二安全系数。
步骤S14、基于所有的所述第二安全系数的最小值对应的所述控制点，得到边坡的所述潜在滑面模型。
可以理解的是，在本步骤中，取第二安全系数中最小安全系数对应控制点组成的滑面，则将其视作最危险滑面。
步骤S2、基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力。
上述重度的计算方法包括步骤S21、步骤S22、步骤S23和步骤S24。
步骤S21、基于每个所述滑体的地质勘探数据，获取不同材质的土层的数量、每个所述土层对应的含水率和干密度。
步骤S22、基于所有的所述含水率和预设阈值确定浸润线形状，所述浸润线形状是所有所述含水率中大于所述预设阈值的所述土层构成的三维平面。
可以理解的是，在本步骤中，假设在每个滑体上共有K种上覆土，通过含水率监测传感器对K种上覆土分别进行监测，并将高于预设阈值对应的点进行连接，构成浸润线。
步骤S23、基于所述浸润线形状和所述土层的数量分别计算饱和重度参数和非饱和重度参数。
可以理解的是，在本步骤中，假设浸润线在第
Figure 133636DEST_PATH_IMAGE026
层上覆土内，根据各种土的干密 度，计算在第
Figure 399533DEST_PATH_IMAGE027
层上各土层的非饱和重度参数，计算公式如（7）所示：
Figure 447517DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 824271DEST_PATH_IMAGE029
（7）
其中：
Figure 303794DEST_PATH_IMAGE030
为非饱和重度参数；
Figure 740592DEST_PATH_IMAGE031
为干密度；
Figure 571144DEST_PATH_IMAGE032
为各土层对应的含水率；
Figure 954852DEST_PATH_IMAGE033
为 第i个滑体在浸润线下的第j层土对应的饱和重度参数；
Figure 52996DEST_PATH_IMAGE034
为各土层的饱和含水率。
步骤S24、基于所述饱和重度参数和所述非饱和重度参数计算，得到所述重度。
可以理解的是，在本步骤中，在第w层浸润线上为非饱和重度riw，在第w层浸润线下为饱和重度riw*，且第w+1层至第k层的土体的重度均取值饱和重度riw*，计算第I块滑体的重度Wi，其值为浸润线上每个土层对应的含水率下的重度乘以各自的体积与浸润线下每个土层的饱和重度乘以各自的体积之和，得到每个滑体的重度。
上述孔隙水压力的计算方法包括步骤S25、步骤S26和步骤S27。
步骤S25、基于每个所述滑体和所述浸润线形状计算，得到第一高度差，所述第一高度差为所述滑体的顶部与所述浸润线的高度之差。
可以理解的是，在本步骤中，基于浸润线，计算每个滑体表面各点相距浸润线的高度差。
步骤S26、基于每个所述滑体获取所述滑体的宽度。
步骤S27、基于所述第一高度差、所述滑体的宽度和所述非饱和重度参数计算，得到所述孔隙水压力。
可以理解的是，在本步骤中，假设取第
Figure 660695DEST_PATH_IMAGE035
块滑体，计算其滑面左侧的孔隙水压力，右 侧的孔隙水压力，底侧的孔隙水压力，三者均与浸润线有关：
Figure 181806DEST_PATH_IMAGE036
（8）
Figure 165943DEST_PATH_IMAGE037
（9）
Figure 557741DEST_PATH_IMAGE038
（10）
公式（8）至（10）中，
Figure 601920DEST_PATH_IMAGE039
为第
Figure 840354DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧的孔隙水压力；
Figure 628181DEST_PATH_IMAGE040
为第
Figure 936803DEST_PATH_IMAGE035
块滑体右侧 的孔隙水压力；
Figure 558408DEST_PATH_IMAGE041
为第
Figure 850849DEST_PATH_IMAGE035
块滑体底侧的孔隙水压；
Figure 409744DEST_PATH_IMAGE042
为第
Figure 776135DEST_PATH_IMAGE035
块滑体对应的非饱和重度；
Figure 427696DEST_PATH_IMAGE043
为第
Figure 676275DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧的滑面与浸润线的高差；
Figure 743588DEST_PATH_IMAGE044
为第
Figure 997108DEST_PATH_IMAGE035
块滑体右侧的滑面与浸润线的高 差；
Figure 288412DEST_PATH_IMAGE045
为第
Figure 24287DEST_PATH_IMAGE035
块滑体宽度；
Figure 957608DEST_PATH_IMAGE046
为第
Figure 564170DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的滑面长度。
取第
Figure 26375DEST_PATH_IMAGE035
块滑体后，由于相邻左右滑面在浸润线的影响下存在水位差，因此还存在滑 体内的水头差
Figure 951343DEST_PATH_IMAGE047
，造成滑体内存在渗透力
Figure 157197DEST_PATH_IMAGE046
，或称之为动水压力。其中水头差
Figure 618265DEST_PATH_IMAGE047
为第
Figure 516951DEST_PATH_IMAGE035
块 滑体左右两端的水头差，计算公式如（11）所示：
Figure 227418DEST_PATH_IMAGE048
（11）
其中：
Figure 971383DEST_PATH_IMAGE047
为水头差；
Figure 71580DEST_PATH_IMAGE049
为坡顶与第
Figure 875588DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧顶点的高差，
Figure 338930DEST_PATH_IMAGE050
为坡顶与第
Figure 89849DEST_PATH_IMAGE035
块滑体右侧顶点的高差，
Figure 322247DEST_PATH_IMAGE043
为第
Figure 562735DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧滑面与浸润线的高差。
单位渗透力
Figure 982215DEST_PATH_IMAGE051
的计算公式如（12）所示：
Figure 35360DEST_PATH_IMAGE052
（12）
其中：
Figure 122265DEST_PATH_IMAGE051
为第
Figure 533654DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的单位渗透力；
Figure 440430DEST_PATH_IMAGE042
为第
Figure 798731DEST_PATH_IMAGE035
块滑体对应的非饱和重度；
Figure 740142DEST_PATH_IMAGE047
为 水头差；
Figure 27160DEST_PATH_IMAGE046
为第
Figure 421232DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的滑面长度。
则渗透力合力
Figure 379961DEST_PATH_IMAGE053
用公式（13）计算：
Figure 910299DEST_PATH_IMAGE054
（13）
其中
Figure 866754DEST_PATH_IMAGE053
为第
Figure 13702DEST_PATH_IMAGE035
块滑体渗透力合力；
Figure 9077DEST_PATH_IMAGE051
为第
Figure 862764DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的单位渗透力；
Figure 786857DEST_PATH_IMAGE055
为第
Figure 155522DEST_PATH_IMAGE035
块滑体 浸润线以下至滑面的体积。
上述地震作用力的计算方法包括步骤S28和步骤S29。
步骤S28、基于每个所述滑体获取第二高度差和地震作用下的加速度参数，所述第二高度差为所述滑体的平均高度与所述浸润线的高度之差；所述加速度参数包括水平加速度和竖直加速度。
步骤S29、基于所述第二高度差、所述加速度参数和预设放大系数计算，得到所述地震作用力。
可以理解的是，在本步骤中，根据公式（14）计算放大系数：
Figure 393736DEST_PATH_IMAGE056
（14）
其中：
Figure 429825DEST_PATH_IMAGE057
为放大系数；
Figure 754847DEST_PATH_IMAGE058
为幅值系数，按《建筑抗震设计规范》选用。
假设取第
Figure 814070DEST_PATH_IMAGE035
块滑体后，其水平地震力的值按公式（15）计算：
Figure 918292DEST_PATH_IMAGE059
（15）
其中，
Figure 277729DEST_PATH_IMAGE060
与滑体的平均高度有关，即：
Figure 746888DEST_PATH_IMAGE061
（16）
公式（15）至（16）中，
Figure 824565DEST_PATH_IMAGE062
为第
Figure 231013DEST_PATH_IMAGE035
块滑体对应的水平地震力；
Figure 710536DEST_PATH_IMAGE063
为水平地震力影响 系数；
Figure 350596DEST_PATH_IMAGE064
为坡顶与第
Figure 915570DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧顶点的高差，
Figure 361594DEST_PATH_IMAGE065
为坡顶与第
Figure 898886DEST_PATH_IMAGE035
块滑体右侧顶点的高 差，H为边坡总高度；
Figure 273629DEST_PATH_IMAGE066
为水平地震力系数；
Figure 794740DEST_PATH_IMAGE067
为第
Figure 513298DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的重度。
根据公式（17）计算竖向地震力：
Figure 170675DEST_PATH_IMAGE068
（17）
其中，
Figure 214854DEST_PATH_IMAGE069
与滑体的平均高度有关，即：
Figure 456218DEST_PATH_IMAGE070
（18）
公式（15）至（16）中，
Figure 244045DEST_PATH_IMAGE071
为第
Figure 755929DEST_PATH_IMAGE035
块滑体对应的竖向地震力；
Figure 971010DEST_PATH_IMAGE072
为竖向地震力影响 系数；
Figure 732292DEST_PATH_IMAGE064
为坡顶与第
Figure 261494DEST_PATH_IMAGE035
块滑体左侧顶点的高差，
Figure 185806DEST_PATH_IMAGE073
为坡顶与第
Figure 306209DEST_PATH_IMAGE035
块滑体右侧顶点的高 差，H为边坡总高度；
Figure 23629DEST_PATH_IMAGE074
为竖向地震力系数；
Figure 887680DEST_PATH_IMAGE067
为第
Figure 905315DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的重度。
在另一示例性实施例中，考虑不同覆盖层的重度不同，计算在滑体底面上各点受超孔隙水压力为：
Figure 931040DEST_PATH_IMAGE075
（19）
其中，
Figure 165450DEST_PATH_IMAGE076
为超孔隙水压力；k为上覆土的层数；
Figure 833191DEST_PATH_IMAGE077
为第
Figure 705332DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的第
Figure 901959DEST_PATH_IMAGE078
层土的重 度，
Figure 390709DEST_PATH_IMAGE079
为随横坐标
Figure 799824DEST_PATH_IMAGE080
移动后第
Figure 762358DEST_PATH_IMAGE078
层土在
Figure 661044DEST_PATH_IMAGE080
截面的高度；
Figure 371511DEST_PATH_IMAGE081
为超孔隙水压力系数。其 中：
Figure 381055DEST_PATH_IMAGE082
（20）
其中：
Figure 962209DEST_PATH_IMAGE081
为超孔隙水压力系数；
Figure 766217DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure 462515DEST_PATH_IMAGE084
分别为第
Figure 213434DEST_PATH_IMAGE035
块滑体第
Figure 445832DEST_PATH_IMAGE078
层土对应的孔压 正应力系数和孔压偏应力系数；
Figure 420741DEST_PATH_IMAGE072
为竖向地震力影响系数；
Figure 309063DEST_PATH_IMAGE063
为水平地震力影响系数；
Figure 660409DEST_PATH_IMAGE085
为水平地震力系数；
Figure 242920DEST_PATH_IMAGE086
为竖向地震力系数；
Figure 654309DEST_PATH_IMAGE087
为第
Figure 561086DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的泊松比。
当土体饱和时，
Figure 450544DEST_PATH_IMAGE088
，非饱和时，饱和度
Figure 860797DEST_PATH_IMAGE089
与
Figure 380771DEST_PATH_IMAGE083
之间存在以下关系：
Figure 273378DEST_PATH_IMAGE090
（21）
其中：饱和度可由含水率传感器的监测数据得知：
Figure 232107DEST_PATH_IMAGE091
（22）
其中孔隙率与孔隙比存在以下关系：
Figure 231287DEST_PATH_IMAGE092
（23）
则根据公式（22）至（23）
Figure 984480DEST_PATH_IMAGE093
可取为：
Figure 865848DEST_PATH_IMAGE094
（24）
公式（21）至（24）中，
Figure 565951DEST_PATH_IMAGE095
为饱和度；
Figure 983419DEST_PATH_IMAGE083
为第
Figure 110775DEST_PATH_IMAGE035
块滑体第
Figure 479439DEST_PATH_IMAGE078
层土对应的孔压正应力系 数；
Figure 779971DEST_PATH_IMAGE096
为超孔隙水压力；p为孔隙率，其取值范围可以参考《工程地质手册》；
Figure 488164DEST_PATH_IMAGE097
为孔隙 比；
Figure 583159DEST_PATH_IMAGE093
为第
Figure 937654DEST_PATH_IMAGE035
块滑体第
Figure 510718DEST_PATH_IMAGE078
层土对应的孔压偏应力系数；
Figure 401314DEST_PATH_IMAGE098
为土的体积压缩系数；A为土体饱 和程度孔压系数，
Figure 136052DEST_PATH_IMAGE099
，可由《高等土力学》可知；
Figure 416991DEST_PATH_IMAGE100
是孔隙流体的体积压缩系数。
则对于滑体底面，其底面超孔隙水压力作用力合力为：
Figure 59325DEST_PATH_IMAGE101
（25）
其中，
Figure 57891DEST_PATH_IMAGE096
为底面超孔隙水压力作用力合力；
Figure 760268DEST_PATH_IMAGE102
和
Figure 325241DEST_PATH_IMAGE103
分别是第
Figure 443370DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的在 水平方向上的坐标；
Figure 42979DEST_PATH_IMAGE104
为第
Figure 916257DEST_PATH_IMAGE035
块滑体宽度；
Figure 968526DEST_PATH_IMAGE105
为第
Figure 185619DEST_PATH_IMAGE035
块滑体的滑面倾角。
在侧面上的计算方式相同，以左侧超孔隙水压力
Figure 639734DEST_PATH_IMAGE106
为例，在位于第
Figure 621596DEST_PATH_IMAGE078
层的
Figure 161162DEST_PATH_IMAGE107
点， 另其纵坐标为
Figure 948990DEST_PATH_IMAGE108
，其超孔隙水压力为：
Figure 460874DEST_PATH_IMAGE109
（26）
则左侧的动水压力为：
Figure 177419DEST_PATH_IMAGE110
（27）
右侧的超孔隙水压力的计算与左侧类似，但方向相反为：
Figure 938702DEST_PATH_IMAGE111
（28）
公式（26）至（28）中，
Figure 467903DEST_PATH_IMAGE112
为左侧超孔隙水压力；
Figure 631031DEST_PATH_IMAGE113
为左侧的动水压力；
Figure 17013DEST_PATH_IMAGE114
为右侧的超孔隙水压力；j为土层编号；
Figure 531171DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure 97019DEST_PATH_IMAGE116
分别为左侧第
Figure 380233DEST_PATH_IMAGE078
层上的各土层
Figure 140379DEST_PATH_IMAGE117
的重度和高度；
Figure 141833DEST_PATH_IMAGE118
为第
Figure 747258DEST_PATH_IMAGE035
块滑体第j层土的重度；
Figure 884978DEST_PATH_IMAGE119
为滑面所在土层左侧界面与滑面的 高度；
Figure 108368DEST_PATH_IMAGE120
为滑面所在土层右侧界面与滑面的高度；
Figure 65960DEST_PATH_IMAGE121
为超孔隙水压力系数；
Figure 537392DEST_PATH_IMAGE122
为第
Figure 795198DEST_PATH_IMAGE035
块 滑体宽度；k为上覆土的层数；
Figure 631567DEST_PATH_IMAGE123
为滑面左侧浸润线与滑面的高度差；
Figure 342034DEST_PATH_IMAGE124
为滑面右侧浸润 线与滑面的高度差。
步骤S3、基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力。
进一步地，步骤S3包括步骤S31、步骤S32、步骤S33和步骤S34。
步骤S31、基于每个所述土层的含水率确定内摩擦角和黏聚力。
可以理解的是，取回边坡土样进行室内直接剪切试验，得到各种土的干密度
Figure 318955DEST_PATH_IMAGE125
、 随含水率
Figure 431268DEST_PATH_IMAGE126
变化后的黏聚力
Figure 500855DEST_PATH_IMAGE127
和内摩擦角
Figure 636301DEST_PATH_IMAGE128
，并整理成数据手册。然后基于边 坡布置的含水率计传感器实时监测其含水率的变化，并从整理的数据手册中查找相应的内 摩擦角和黏聚力。
步骤S32、基于每个所述滑体的重度、所述渗透力和所述地震作用力计算，得到所述下滑分力。
可以理解的是，在本步骤中，取第
Figure 715116DEST_PATH_IMAGE035
块滑体，以滑面
Figure 681935DEST_PATH_IMAGE035
为对象其下滑推力为
Figure 656844DEST_PATH_IMAGE129
，在沿 滑面线方向，其重力作用下的下滑分力
Figure 843368DEST_PATH_IMAGE130
通过公式（29）计算为：
Figure 397977DEST_PATH_IMAGE131
Figure 688144DEST_PATH_IMAGE132
（29）
步骤S33、基于每个所述滑体的重度、所述内摩擦角、所述黏聚力、所述滑体的宽度和相邻所述滑体的剩余下滑力计算，得到所述抗滑力。
可以理解的是，在本步骤中，取第
Figure 833955DEST_PATH_IMAGE035
块滑体，其抗滑力
Figure 740731DEST_PATH_IMAGE133
通过公式（30）计算得：
Figure 161348DEST_PATH_IMAGE134
（30）
步骤S34、基于所述下滑分力、所述抗滑力和传递系数计算，得到所述平衡力；所述传递系数是基于每个所述滑体的滑面倾角计算得到的系数。
可以理解的是，在本步骤中，传递系数
Figure 538978DEST_PATH_IMAGE135
通过公式（31）计算为：
Figure 121269DEST_PATH_IMAGE136
（31）
滑体的平衡力通过公式（32）计算为：
Figure 780920DEST_PATH_IMAGE137
（32）
公式（29）至（32）中，Ai为第i块滑体的下滑分力；Ti为第i块滑体的抗滑力；ψi为第i块滑体的传递系数；Ei为第i块滑体的平衡力；Wi为第i块滑体的重度；ɑi为第i块滑体的滑面倾角；Ui-1为右侧的超孔隙水压力；Ui为左侧的动水压力；ΔUi-1为右侧的超孔隙水压力；ΔUi为左侧的超孔隙水压力；Ji为第i块滑体的渗透力；Qix为第i块滑体的水平地震作用力；Ei-1为抗滑桩所支挡滑块的上一滑块的剩余下滑力；ɑi-1为抗滑桩所支挡滑块的上一滑块的滑面倾角；Ui*为底面的静水压力；ΔUi*为底面的动水压力；Qiy为竖向地震作用力；φi为第i块滑体的内摩擦角；ci为第i块滑体的黏聚力；Ii为第i块滑体的滑面长度。
步骤S4、基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数。
可以理解的是，在本步骤中，根据公式（33）并令
Figure 474070DEST_PATH_IMAGE138
=0构建从第0块滑体到第n块滑 体的方程组计算求得计算第一安全系数：
Figure 269987DEST_PATH_IMAGE139
（33）
其中，Ei为第i块滑体的平衡力，i为从1到n的数Fs为第一安全系数；Ai为总的下滑分力；Ti为总的抗滑力；ψi为第i块滑体的传递系数；Ei-1为抗滑桩所支挡滑块的上一滑块的剩余下滑力。
步骤S5、基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
可以理解的是，在本步骤中，根据边坡的安全系数，对铁路列车车辆运行状态进行工程建议，具体如下：
当边坡安全系数
Figure 23180DEST_PATH_IMAGE140
≥2时为一级，不用采取特殊工程措施；
当边坡安全系数2＞
Figure 638969DEST_PATH_IMAGE140
≥1.5时为二级，加强监测装置的监测速率，不定期安排人 员现场查看；
当边坡安全系数1.5＞
Figure 834677DEST_PATH_IMAGE140
≥1.3时为三级，采取生态护坡、削坡等措施；
当边坡安全系数1.3＞
Figure 750680DEST_PATH_IMAGE140
≥1.0时为四级，对列车车辆进行限速，震后尽快对边坡 进行加固；
当边坡安全系数
Figure 674774DEST_PATH_IMAGE140
＜1.0时为五级，使列车紧急制动停车，疏散影响范围的人员， 震后立即对边坡进行加固。
实施例2：
如图2所示为本实施例中基于地震作用的边坡预警装置的框图，该基于地震作用的边坡预警装置包括获取模块710、第一计算模块720、第二计算模块730、安全系数模块740和预警等级模块750，其中：
获取模块710：用于获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合。
第一计算模块720：用于基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力。
优选地，第一计算模块720包括第一获取单元721、判断单元722、第一处理单元723和第二处理单元724，其中：
第一获取单元721：用于基于每个所述滑体的地质勘探数据，获取不同材质的土层的数量、每个所述土层对应的含水率和干密度。
判断单元722：用于基于所有的所述含水率和预设阈值确定浸润线形状，所述浸润线形状是所有所述含水率中大于所述预设阈值的所述土层构成的三维平面。
第一处理单元723：用于基于所述浸润线形状和所述土层的数量分别计算饱和重度参数和非饱和重度参数。
第二处理单元724：用于基于所述饱和重度参数和所述非饱和重度参数计算，得到所述重度。
进一步地，第一计算模块720还包括第三处理单元725、第四处理单元726和第五处理单元727，其中：
第三处理单元725：用于基于每个所述滑体和所述浸润线形状计算，得到第一高度差，所述第一高度差为所述滑体的顶部与所述浸润线的高度之差。
第四处理单元726：用于基于每个所述滑体获取所述滑体的宽度。
第五处理单元727：用于基于所述第一高度差、所述滑体的宽度和所述非饱和重度参数计算，得到所述孔隙水压力。
第二计算模块730：用于基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力。
优选地，第二计算模块730包括检索单元731、第六处理单元732、第七处理单元733和第八处理单元734，其中：
检索单元731：用于基于每个所述土层的含水率确定内摩擦角和黏聚力。
第六处理单元732：用于基于每个所述滑体的重度、所述渗透力和所述地震作用力计算，得到所述下滑分力。
第七处理单元733：用于基于每个所述滑体的重度、所述内摩擦角、所述黏聚力、所述滑体的宽度和相邻所述滑体的剩余下滑力计算，得到所述抗滑力。
第八处理单元734：用于基于所述下滑分力、所述抗滑力和传递系数计算，得到所述平衡力；所述传递系数是基于每个所述滑体的滑面倾角计算得到的系数。
安全系数模块740：用于基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数。
预警等级模块750：用于基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
实施例3：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了基于地震作用的边坡预警设备，下文描述的基于地震作用的边坡预警设备与上文描述的基于地震作用的边坡预警方法可相互对应参照。
图3是根据示例性实施例示出的基于地震作用的边坡预警设备800的框图。如图3所示，该基于地震作用的边坡预警设备800可以包括：处理器801，存储器802。该基于地震作用的边坡预警设备800还可以包括多媒体组件803，I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
其中，处理器801用于控制该基于地震作用的边坡预警设备800的整体操作，以完成上述的基于地震作用的边坡预警方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该基于地震作用的边坡预警设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该基于地震作用的边坡预警设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该基于地震作用的边坡预警设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，基于地震作用的边坡预警设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的基于地震作用的边坡预警方法。
实施例4：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种存储介质，下文描述的一种存储介质与上文描述的基于地震作用的边坡预警方法可相互对应参照。
一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的基于地震作用的边坡预警方法的步骤。
该存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的存储介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，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，可轻易想到变化或替换，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.基于地震作用的边坡预警方法，其特征在于，包括：
获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合；
基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力；
基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力；
基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数；
基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
2.根据权利要求1所述的基于地震作用的边坡预警方法，其特征在于，所述重度的计算方法包括：
基于每个所述滑体的地质勘探数据，获取不同材质的土层的数量、每个所述土层对应的含水率和干密度；
基于所有的所述含水率和预设阈值确定浸润线形状，所述浸润线形状是所有所述含水率中大于所述预设阈值的所述土层构成的三维平面；
基于所述浸润线形状和所述土层的数量分别计算饱和重度参数和非饱和重度参数；
基于所述饱和重度参数和所述非饱和重度参数计算，得到所述重度。
3.根据权利要求2所述的基于地震作用的边坡预警方法，其特征在于，所述孔隙水压力的计算方法包括：
基于每个所述滑体和所述浸润线形状计算，得到第一高度差，所述第一高度差为所述滑体的顶部与所述浸润线的高度之差；
基于每个所述滑体获取所述滑体的宽度；
基于所述第一高度差、所述滑体的宽度和所述非饱和重度参数计算，得到所述孔隙水压力。
4.根据权利要求2所述的基于地震作用的边坡预警方法，其特征在于，基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力包括：
基于每个所述土层的含水率确定内摩擦角和黏聚力；
基于每个所述滑体的重度、所述渗透力和所述地震作用力计算，得到所述下滑分力；
基于每个所述滑体的重度、所述内摩擦角、所述黏聚力、所述滑体的宽度和相邻所述滑体的剩余下滑力计算，得到所述抗滑力；
基于所述下滑分力、所述抗滑力和传递系数计算，得到所述平衡力；所述传递系数是基于每个所述滑体的滑面倾角计算得到的系数。
5.基于地震作用的边坡预警装置，其特征在于，包括：
获取模块：用于获取边坡的潜在滑面模型，并得到滑面集合，所述滑面集合是沿垂直于地面的方向将所述潜在滑面模型分割为至少两个滑体的集合；
第一计算模块：用于基于所述滑面集合中的每个所述滑体分别计算第一参数，所述第一参数为重度、孔隙水压力、渗透力、地震作用力和超孔隙水压力；
第二计算模块：用于基于所述滑面集合，根据每个所述滑体的参数和对应的所述第一参数计算，得到下滑分力、抗滑力和平衡力；
安全系数模块：用于基于所有的所述下滑分力、所述抗滑力和所述平衡力计算，得到边坡的第一安全系数；
预警等级模块：用于基于所述第一安全系数，得到边坡的预警等级。
6.根据权利要求5所述的基于地震作用的边坡预警装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第一获取单元：用于基于每个所述滑体的地质勘探数据，获取不同材质的土层的数量、每个所述土层对应的含水率和干密度；
判断单元：用于基于所有的所述含水率和预设阈值确定浸润线形状，所述浸润线形状是所有所述含水率中大于所述预设阈值的所述土层构成的三维平面；
第一处理单元：用于基于所述浸润线形状和所述土层的数量分别计算饱和重度参数和非饱和重度参数；
第二处理单元：用于基于所述饱和重度参数和所述非饱和重度参数计算，得到所述重度。
7.根据权利要求6所述的基于地震作用的边坡预警装置，其特征在于，所述第一计算模块还包括：
第三处理单元：用于基于每个所述滑体和所述浸润线形状计算，得到第一高度差，所述第一高度差为所述滑体的顶部与所述浸润线的高度之差；
第四处理单元：用于基于每个所述滑体获取所述滑体的宽度；
第五处理单元：用于基于所述第一高度差、所述滑体的宽度和所述非饱和重度参数计算，得到所述孔隙水压力。
8.根据权利要求6所述的基于地震作用的边坡预警装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
检索单元：用于基于每个所述土层的含水率确定内摩擦角和黏聚力；
第六处理单元：用于基于每个所述滑体的重度、所述渗透力和所述地震作用力计算，得到所述下滑分力；
第七处理单元：用于基于每个所述滑体的重度、所述内摩擦角、所述黏聚力、所述滑体的宽度和相邻所述滑体的剩余下滑力计算，得到所述抗滑力；
第八处理单元：用于基于所述下滑分力、所述抗滑力和传递系数计算，得到所述平衡力；所述传递系数是基于每个所述滑体的滑面倾角计算得到的系数。
9.基于地震作用的边坡预警设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的基于地震作用的边坡预警方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于：所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的基于地震作用的边坡预警方法的步骤。
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