【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土石坝溃坝分析，更具体地说，它涉及一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法。
技术介绍
1、目前对于土石坝洪涝和地震变形破坏的研究方法主要分为三种，第一种是通过现场调研进行的直观分析研究，研究人员对土石坝进行实地勘测，获得土石坝的结构、材料、受力情况等以辅助研究人员分析土石坝的稳定性；第二种是通过适当比例和相似材料模型试验进行的原型再现分析研究，研究人员借助模型试验能够观察土石坝的破坏过程、损伤机理以及不同参数对土石坝稳定性的影响；第三种是通过数值理论方法进行的机理研究，研究人员通过建立数学模型考虑坝体的本构关系、边界条件等因素，以便对土石坝进行力学分析和模拟。
2、然而现场调研受限于现场条件，调查分析以坝体受损程度和下游受灾损失为主，难以观察到整个土石坝溃坝的过程，而模型试验和数值理论方法由于受到模型缩尺和相似材料等因素的限制，缺乏针对土石坝在洪水和地震荷载作用后破坏全过程的灾变规律的系统研究。
3、因此，亟须一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法以覆盖整个土石坝溃坝的生命周期。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，解决上述
技术介绍
中的技术问题。
2、本专利技术提供了一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，包括以下步骤：
3、步骤s101，按照相同距离间隔将待监测的土石坝的边缘划分为m个待监测区域；
4、步骤s102，在预设采集时间段t内，按照预设时间间隔t采集每个
5、所述振动信号数据通过n个时间步对应的加速度来表示，其中n表示时间步的数量，n＝t/t；
6、所述综合特征矩阵表示为：其中分别表示第1个时间步的第1个待监测区域到第m个待监测区域的综合特征向量，分别表示第1个待监测区域的第1个时间步到第n个时间步的综合特征向量，表示第m个待监测区域的第n个时间步的综合特征向量；
7、其中和分别表示第m个待监测区域的第n个时间步的振动向量、水文向量和坝体向量；
8、步骤s103，将综合特征矩阵输入到土石坝风险预测模型中，输出的值表示待监测的土石坝的溃坝风险评分；溃坝风险评分越大表示溃坝风险越高；
9、所述土石坝风险预测模型为振动信号数据、水文数据和坝体数据与溃坝风险评分的非线性函数模型；
10、所述溃坝风险评分为0到100之间的离散值；
11、步骤s104，将溃坝风险评分划分为3个风险等级，并分别采取相应的预警措施。
12、进一步地，m、t和t均为自定义参数，m的默认值设置为8，t的默认值设置为60秒，t的默认值设置为2秒。
13、进一步地，第m个待监测区域的第n个时间步的振动向量表示为：
14、
15、其中分别表示第m个待监测区域的第n个时间步的频率为0.01赫兹、0.02赫兹到19.99赫兹和20赫兹对应的能量值。
16、进一步地，基于振动信号数据生成振动向量，包括以下步骤：
17、步骤s201，通过高通滤波器对振动信号数据进行预加重处理；
18、步骤s202，通过小波变换对预加重处理后的振动信号数据进行降噪处理；
19、步骤s203，通过快速傅里叶变换将降噪处理后的振动信号数据转换为振动向量。
20、进一步地，第m个待监测区域的第n个时间步的水文向量表示为：
21、其中分别表示第m个待监测区域的第n个时间步的水位、水位变化速率、降雨量、降雨量变化速率、渗流量和渗流量变化速率；第n个时间步的水位变化速率等于第n个时间步的水位与第n-1个时间步的水位的差值除以预设时间间隔t；第n个时间步的降雨量变化速率等于第n个时间步的降雨量与第n-1个时间步的降雨量的差值除以预设时间间隔t；第n个时间步的渗流量变化速率等于第n个时间步的渗流率与第n-1个时间步的渗流率的差值除以预设时间间隔t，第一个时间步的水位变化速率、降雨量变化速率和渗流量变化速率均设置为0。
22、进一步地，第m个待监测区域的第n个时间步的坝体向量表示为：
23、分别表示第m个待监测区域的第n个时间步的压强、位移、裂缝条数、裂缝长度的总和值、裂缝宽度的总和值、裂缝深度的总和值和土石坝材料抗压强度；其中土石坝材料抗压强度为固定值，在土石坝设计和建造阶段，研究人员通过实验分析获得，单位为兆帕。
24、进一步地，土石坝风险预测模型包括：n个隐藏层，每个隐藏层包括：第一隐藏单元、第二隐藏单元和第三隐藏单元；
25、第一隐藏单元包括h个通道，其中h为自定义参数；
26、第i个隐藏层的第一隐藏单元的每个通道都输入综合特征矩阵中第i个时间步的第1个待监测区域到第m个待监测区域的综合特征向量，每个通道都输出第一更新特征；
27、第i个隐藏层的第二隐藏单元输入第i个隐藏层的第一隐藏单元的h个通道输出的第一更新特征，输出第二更新特征；
28、第i个隐藏层的第三隐藏单元输入第i个隐藏层的第二隐藏单元输出的第二更新特征，输出第三更新特征；
29、所述第三隐藏单元基于门控循环单元构建；
30、第n个隐藏层的第三隐藏单元输出的第三更新特征输入到分类器中，分类器的分类空间表示待监测的土石坝的溃坝风险评分；
31、定义：1≤i≤n。
32、进一步地，土石坝风险预测模型的计算公式包括：
33、第i个隐藏层的第一隐藏单元的计算公式如下：
34、
35、
36、
37、
38、其中1≤j≤h，表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第j个通道输出的第一更新特征，表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第j个通道输入的综合特征矩阵中第i个时间步的第1个待监测区域到第m个待监测区域的综合特征向量，和分别表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第j个通道的第一转换特征、第二转换特征和第三转换特征，和分别表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第j个通道的第一转换参数、第二转换参数和第三转换参数，和分别表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第一权重参数和第二权重参数，t表示转置操作，tanh表示双曲正切激活函数，softmax表示softmax激活函数；
39、第i个隐藏层的第二隐藏单元的计算公式如下：
40、
41、其中zi表示第i个隐藏层的第二隐藏单元输出的第二更新特征，表示第i个隐藏层的第一隐藏单元的第j个通道输出的第一更新特征，表示将第i个隐藏层的第一隐藏单元的h个通道输出的第一更新特征进行拼接，wi表示第i个隐藏层的第二隐藏单元的权重参数。
42、进一步地，通过有限元分析软件获得用于训练土石坝风险预测模型的训练样本，训练样本包括训练数据和训练标签，包括以下步骤：
43、步骤s301，通过有限元分析软本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，M、T和t均为自定义参数，M的默认值设置为8，T的默认值设置为60秒，t的默认值设置为2秒。
3.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第M个待监测区域的第N个时间步的振动向量表示为：
4.根据权利要求3所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，基于振动信号数据生成振动向量，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第M个待监测区域的第N个时间步的水文向量表示为：
6.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第M个待监测区域的第N个时间步的坝体向量表示为：
7.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，土石坝风险预测模型包括：N个隐藏层，每个隐藏层包括：第一隐藏单元、第二隐藏单元和第三隐藏单
8.根据权利要求7所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，土石坝风险预测模型的计算公式包括：
9.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，通过有限元分析软件获得用于训练土石坝风险预测模型的训练样本，训练样本包括训练数据和训练标签，包括以下步骤：
10.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，风险等级包括：低风险等级、中风险等级和高风险等级，溃坝风险评分为0到30对应低风险等级，对于低风险等级采取日常监测和巡视措施；溃坝风险评分为31到75对应中风险等级，对于中风险等级采取增加监测点位和提高监测频率措施；溃坝风险评分为76到100对应高风险等级，对于高风险等级立即启动紧急预警和处置措施，包括疏散人员、封锁交通和通知相关部门。
...【技术特征摘要】
1.一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，m、t和t均为自定义参数，m的默认值设置为8，t的默认值设置为60秒，t的默认值设置为2秒。
3.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第m个待监测区域的第n个时间步的振动向量表示为：
4.根据权利要求3所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，基于振动信号数据生成振动向量，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第m个待监测区域的第n个时间步的水文向量表示为：
6.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝溃坝分析方法，其特征在于，第m个待监测区域的第n个时间步的坝体向量表示为：
7.根据权利要求1所述的一种地震和洪涝作用下的土石坝...
【专利技术属性】
技术研发人员：王占彬，张文斌，徐绮彤，陈时怡，张馨文，张健，杨步，
申请(专利权)人：南京交通职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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