【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩质边坡稳定性评估，尤其是涉及一种岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法。
技术介绍
1、大型水利水电工程对地理环境位置要求较高，大多处于深山峡谷地区，岩层地质构造异常复杂，其内部通常含有大量不连续破碎带，受断裂带和长期地质演化等影响，不连续破碎带通常具有一定的倾向性，研究表明这对高陡岩质边坡安全稳定起着控制性作用，由此造成的大型滑坡现象屡见不鲜。该类巨型滑坡具有致灾机理复杂、隐蔽性高、破坏性强等显著特点，严重威胁大坝、大型地下洞室群、库区等工程部位安全，施工期还会对工程质量、进度、投资造成一定的影响。
2、对于该类不良地质岩质边坡进行的稳定性安全评估，现有研究鲜有能较为真实地反演岩质边坡内部不连续破碎介质的技术或方法，大多基于二维模型设定单一的边界条件进行分析，假设过于简化、严重偏离地质实际条件，计算结果难以准确评估该类边坡的稳定状态，真实失稳机理还存在较大的不确定性。
3、基于此，现有方法难以解决该类问题，亟需采用先进技术精细表征岩质边坡内部不连续破碎介质在空间上的存在形态，这对于厘清该类边坡失稳机理、针对性提出有效加固综合防治方案具有重要的工程实际意义。
技术实现思路
1、为解决当前存在技术问题，本专利技术的主要目的在于提供了一种岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，由此解决现有技术难以精细表征岩层内部不连续破碎介质的真实空间形态，进而无法有效评估含空间不连续破碎介质的岩质边坡安全稳定状态的技术问题。
2
3、s1、在不良地质岩质边坡场地范围内，探测边坡内部岩层结构组成，确定边坡内部不连续破碎介质的总体空间特征和力学参数；
4、s2、根据边坡区域几何尺寸，使用有限元分析软件构建三维边坡有限元模型；
5、s3、借助随机场方法精细表征岩质边坡内部空间不连续破碎介质，构建不良地质岩质边坡数值模型；
6、s3-1、生成服从标准正态分布的三维随机数矩阵；
7、s3-2、根据不连续破碎介质的水平倾角，旋转三维边坡有限元模型；
8、s3-3、整体缩放旋转三维边坡有限元模型的节点坐标，确定节点在空间中的相对位置；
9、s3-4、在各节点处生成具有空间相关性的服从标准正态分布的随机值；
10、s3-5、在标准正态分布概率密度函数横坐标系上选取若干个由上下界组成的范围子区间；
11、s3-6、判定介质类别；
12、s4、采用强度折减法对构建的不良地质岩质边坡数值模型进行稳定性分析计算；
13、s5、通过计算结果，展示含空间不连续破碎介质的不良地质岩质边坡数值模型以及对应的边坡失稳破坏模式，对不良地质岩质边坡进行稳定评估。
14、步骤s1中，采用电测深物探方法对边坡内部岩层结构进行探测，借助原位或室内土工试验手段，确定破碎介质的物理力学特性，确定不连续破碎介质的总体空间特征和力学参数，采用地质素描方式得到边坡内部不连续破碎介质的空间形态。
15、步骤s1中，所述总体空间特征包括平均长度、平均厚度、水平倾角以及相对密集度；所述力学参数包括相对强度。
16、步骤s2中，通过采用有限元分析软件abaqus中cae功能模块建立三维边坡有限元模型，设置本构模型、弹性参数以及位移边界条件，建立地应力平衡分析步和静力分析步，使用自由网格划分技术，采用三维八节点六面体线性减缩积分单元c3d8r划分三维边坡有限元模型单元网格。
17、步骤s2中，三维边坡有限元模型的底部位移边界条件设置为固定约束，四周位移边界条件设置为垂直约束，上表面位移边界条件设置为自由边界。
18、步骤s3中，利用有限元分析软件abaqus内嵌子程序usdfld进行二次开发，通过场变量的形式自定义材料属性，借助随机场的方法，通过间接调整随机场相关参数，精细表征岩质边坡内部空间不连续破碎介质的空间形态，进而构建不良地质岩质边坡数值模型。
19、步骤s3的具体步骤为：
20、1）明确子程序usdfld格式及自定义代码功能分区；
21、2）采用box-muller算法生成服从标准正态分布的三维随机数矩阵 m（ a, b, c），作为后续在自然坐标系下对随机数进行线性插值的数据框架，使用以下两个等式中的任一个计算得到一个服从标准正态分布的随机数字 z：
22、（1）；
23、式（1）中： z0和 z1为符合标准正态分布的独立随机变量； u1和 u2为服从均匀分布的两个独立的随机数；为圆周率；
24、3）根据勘探确定的不连续破碎介质水平倾角 β，旋转三维边坡有限元模型各节点坐标系，得到旋转后的坐标：
25、（2）；
26、式（2）中： cx, cy, cz分别为旋转后在三个坐标轴方向上的坐标；coord( x), coord( y), coord( z)分别为旋转前的坐标；
27、4）利用随机场相关函数中的相关长度间接表征不连续破碎介质的平均长度，基于设定的空间三个方向的相关长度值，整体缩放旋转三维边坡有限元模型的节点坐标，确定节点在空间中的相对位置，缩放公式为：
28、（3）；
29、式（3）中： sfx, sfy, sfz分别为缩放后坐标系的相对位置； rlx, rly, rlz分别为空间三个方向的相关长度值；
30、5）对缩放后坐标系进行取整，取整后在自然坐标系下的相对位置表示为ii、 jj、kk，再利用八节点六面体单元形函数将节点自然坐标系相对位置与三维随机数矩阵 m（ a, b, c）进行对应换算，在各节点处生成具有空间相关性的服从标准正态分布的随机值 rv，换算公式为：
31、（4）；
3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S1中，采用电测深物探方法对边坡内部岩层结构进行探测，借助原位或室内土工试验手段，确定破碎介质的物理力学特性，确定不连续破碎介质的总体空间特征和力学参数，采用地质素描方式得到边坡内部不连续破碎介质的空间形态。
3.根据权利要求2所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S1中，所述总体空间特征包括平均长度、平均厚度、水平倾角以及相对密集度；所述力学参数包括相对强度。
4.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S2中，通过采用有限元分析软件ABAQUS中CAE功能模块建立三维边坡有限元模型，设置本构模型、弹性参数以及位移边界条件，建立地应力平衡分析步和静力分析步，使用自由网格划分技术，采用三维八节点六面体线性减缩积分单元C3D8R划分三维边坡有限元模型单元网格。
5.根据权利要求4所述的岩
6.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S3中，利用有限元分析软件ABAQUS内嵌子程序USDFLD进行二次开发，通过场变量的形式自定义材料属性，借助随机场的方法，通过间接调整随机场相关参数，精细表征岩质边坡内部空间不连续破碎介质的空间形态，进而构建不良地质岩质边坡数值模型。
7.根据权利要求6所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤为：
8.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S4中，对建立的不良地质岩质边坡数值模型进行有限元稳定性分析计算，待完成地应力平衡分析步后，再进行静力分析步；在静力分析步中，采用强度折减法对岩体和破碎介质强度以同一系数进行折减，直至边坡发生总体失稳。
9.根据权利要求8所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤S5中，在有限元分析软件的CAE功能模块界面打开步骤S4得到的计算结果文件，将子程序USDFLD中自定义场变量FV和塑性应变量作为输出变量，分别展示含空间不连续破碎介质的岩质边坡数值模型以及对应的边坡失稳破坏模式，针对不同工况下的边坡稳定状态进行分析，厘清其内在失稳机理，进行边坡稳定安全风险评价。
10.根据权利要求9所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，当岩层内部不连续破碎介质的水平倾角小于90°时，为牵引式深层滑坡；当水平倾角等于90°时，为浅层滑坡；当水平倾角大于90°时，为推移式深层滑坡。
...【技术特征摘要】
1.岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤s1中，采用电测深物探方法对边坡内部岩层结构进行探测，借助原位或室内土工试验手段，确定破碎介质的物理力学特性，确定不连续破碎介质的总体空间特征和力学参数，采用地质素描方式得到边坡内部不连续破碎介质的空间形态。
3.根据权利要求2所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤s1中，所述总体空间特征包括平均长度、平均厚度、水平倾角以及相对密集度；所述力学参数包括相对强度。
4.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤s2中，通过采用有限元分析软件abaqus中cae功能模块建立三维边坡有限元模型，设置本构模型、弹性参数以及位移边界条件，建立地应力平衡分析步和静力分析步，使用自由网格划分技术，采用三维八节点六面体线性减缩积分单元c3d8r划分三维边坡有限元模型单元网格。
5.根据权利要求4所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤s2中，三维边坡有限元模型的底部位移边界条件设置为固定约束，四周位移边界条件设置为垂直约束，上表面位移边界条件设置为自由边界。
6.根据权利要求1所述的岩质边坡三维空间不连续破碎介质重构及稳定评估方法，其特征在于，步骤s3中，利用...
【专利技术属性】
技术研发人员：王满玉，欧阳嘉艺，师义成，陈志恒，
申请(专利权)人：中国三峡建工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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