【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及近坝库岸边坡失稳风险评估，尤其是涉及一种基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法。
技术介绍
1、随着我国水利水电工程向高山峡谷地区纵深发展，近坝库岸边坡的稳定性问题日益突出。由于这些地区的地质条件通常较为复杂，岸坡常呈现显著的非均匀性，如渗透性空间异质、风化层差异分布等，加之库水位频繁波动和季节性降雨引发的水力耦合作用，导致边坡失稳风险呈现高度动态性与不确定性。传统边坡稳定性评价方法多基于确定性分析框架，难以量化复杂水力耦合机制下非均匀边坡的失稳概率，已成为制约高坝大库工程安全运维的关键瓶颈。现有概率模型未将非稳态渗流场与非均匀参数随机场纳入统一量化体系，且大多仍基于静态渗透系数假设，未考虑库水位变动和强降雨耦合作用引发的非稳态渗流与非均匀介质渗透响应的动态交互作用，导致多物理场多模态耦合效应下的边坡失稳概率计算精度受限。另外，针对高山峡谷区近坝岸坡的特殊工况，如库水位高频变动、长时序强降雨叠加，传统静态模型无法捕捉这种动态耦合效应，缺乏面向工程风险的实时概率预警能力，难以支撑动态安全调控决策。
2、基于此，现有方法难以解决该类问题，亟需专利技术一种融合自适应水力多模态耦合机制与非均匀参数随机演化的近坝库岸边坡失稳概率智能量化方法，以突破多模态耦合、空间异质与不确定性交织下的边坡失稳风险评估难题，为高坝大库工程全生命周期安全管理提供核心技术支撑。
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基于自适应多模态耦合的
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，包括以下步骤：
3、s1、获取工程近坝库区岸上及水下地理空间数据信息，建立地形坐标数据库；
4、s2、根据水文气象历时监测数据，选取特定复杂渗流条件，确定库水位和降雨强度特征值；
5、s3、探测土体渗透特性及其渗透指标变化范围；
6、s4、基于地形勘测数据，建立近坝库岸边坡有限元水力耦合确定性模型；
7、s5、通过随机场方法表征土体渗透参数在空间上的非均匀分布特征，构建非均匀近坝库岸边坡数值模型；
8、s6、基于构建的非均匀近坝库岸边坡数值模型，进行自适应水力多模态耦合计算；
9、s7、针对不同复杂渗流组合条件，分别进行蒙特卡洛模拟计算；
10、s8、获得计算结果云图，以边坡稳定安全系数为统计对象，对边坡失稳进行概率智能量化分析。
11、在s1中，采用空间遥感技术，获取近坝库区岸上及水下高精度地形信息并建立坐标数据库。
12、在s2中，根据水文气象历史监测数据，选取库水位和强降雨双重作用下的复杂渗流条件，确定库水位和降雨强度特征值，作为边坡水力耦合数值模型的初始入渗条件。
13、在s3中，采用现场渗透试验方法，结合核磁共振和x射线断层扫描，探测土体孔隙结构及渗透特性，确定土体渗透系数变化范围。
14、在s4中，基于边坡表面地形勘测数据，使用有限元软件建立近坝库岸边坡有限元水力耦合确定性模型，设置土体饱和与非饱和水力特征曲线，施加库水位和强降雨共同作用下的复杂渗流边界条件，预设水力响应监测路径，设置水力多模态耦合计算分析步，划分边坡模型单元网格，在模型计算源文件中将土体渗透系数与子程序中自定义场变量进行关联。
15、土体饱和与非饱和水力特征曲线，采用van genuchten模型描述非饱和土体的水力函数，其数学表达式如下：
16、（1）；
17、（2）；
18、式（1）和式（2）中： s为土体饱和度； θw为体积含水量； θs和 θr分别为饱和体积含水量和残余体积含水量； uw为孔隙水压力； αw、 nw、 mw为材料参数； p( s)为模型各区域土体渗透系数； ps为土体饱和渗透系数。
19、在s5中，基于有限元软件的子程序自定义场变量进行二次开发，采用随机场方法模拟土体饱和渗透系数在空间上的非均匀分布特征，以此构建非均匀近坝库岸边坡数值模型。
20、采用的随机场服从均匀分布，用以表征具有明显下界和上界的土体饱和渗透系数在空间上的分布特征，其空间相关性通过随机场相关函数进行表示，生成服从均匀分布随机场的方法包括以下步骤：
21、1）利用修正线性估计法生成二维标准正态分布随机场 r(y)，其中y为空间坐标向量， r(y)的平方指数自相关函数数学表达式如下：
22、（3）；
23、式（3）中： ρ( x, y)为平方指数型相关函数；δ x和δ y分别为空间上任意两点在两个坐标轴方向的相对距离； lx和 ly分别为目标参数在坐标轴方向上的相关长度；
24、2）基于 r(y)通过等概率变换得到beta随机场 b(y)，变换数学表达式如下：
25、（4）；
26、式（4）中：φ(·)和 f= fx( x; a, b)分别为标准高斯变量和目标beta变量的累计分布函数，其中 a和 b分别为beta分布的两个形状参数，当 a和 b均为1时，beta分布则为均匀分布；
27、3）服从均匀分布的土体饱和渗透系数目标随机场 p(y)通过如下公式得到：
28、；（5）；
29、式（5）中： pmin和 pmax分别为土体饱和渗透系数变化范围的下界和上界，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S1中，采用空间遥感技术，获取近坝库区岸上及水下高精度地形信息并建立坐标数据库。
3.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S2中，根据水文气象历史监测数据，选取库水位和强降雨双重作用下的复杂渗流条件，确定库水位和降雨强度特征值，作为边坡水力耦合数值模型的初始入渗条件。
4.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S3中，采用现场渗透试验方法，结合核磁共振和X射线断层扫描，探测土体孔隙结构及渗透特性，确定土体渗透系数变化范围。
5.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S4中，基于边坡表面地形勘测数据，使用有限元软件建立近坝库岸边坡有限元水力耦合确定性模型，设置土体饱和与非饱和水力特征曲线，施加库水位和强降雨共同作用下的复
6.根据权利要求5所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，土体饱和与非饱和水力特征曲线，采用van Genuchten模型描述非饱和土体的水力函数，其数学表达式如下：
7.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S5中，基于有限元软件的子程序自定义场变量进行二次开发，采用随机场方法模拟土体饱和渗透系数在空间上的非均匀分布特征，以此构建非均匀近坝库岸边坡数值模型。
8.根据权利要求7所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，采用的随机场服从均匀分布，用以表征具有明显下界和上界的土体饱和渗透系数在空间上的分布特征，其空间相关性通过随机场相关函数进行表示，生成服从均匀分布随机场的方法包括以下步骤：
9.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S6中，基于构建的非均匀近坝库岸边坡数值模型，进行自适应水力多模态耦合计算，数学表达式如下：
10.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S7中，进行蒙特卡洛模拟计算，采用Fortran语言编制自动化运行程序重复执行步骤S6并保存各次计算结果，直到达到所设定的计算次数，再改变复杂渗流边界的组合条件，同样进行蒙特卡洛模拟计算并保存计算结果，为边坡失稳概率智能量化分析提供统计数据框架。
11.根据权利要求10所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在边坡失稳概率智能量化分析中，蒙特卡洛模拟的数学表达式如下：
12.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在S8中，打开计算结果，展示土坡内部随机渗流情况以及边坡失稳模式结果云图，并以边坡稳定安全系数为统计对象，提取计算结果，绘制预设监测路径孔隙水压力变化图、边坡稳定安全系数统计直方图及对应的经验累积分布函数图，对边坡失稳进行概率智能量化分析，实现复杂渗流-应力多模态耦合条件下非均匀近坝库岸边坡失稳的高效精准概率评估。
...【技术特征摘要】
1.基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在s1中，采用空间遥感技术，获取近坝库区岸上及水下高精度地形信息并建立坐标数据库。
3.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在s2中，根据水文气象历史监测数据，选取库水位和强降雨双重作用下的复杂渗流条件，确定库水位和降雨强度特征值，作为边坡水力耦合数值模型的初始入渗条件。
4.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在s3中，采用现场渗透试验方法，结合核磁共振和x射线断层扫描，探测土体孔隙结构及渗透特性，确定土体渗透系数变化范围。
5.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在s4中，基于边坡表面地形勘测数据，使用有限元软件建立近坝库岸边坡有限元水力耦合确定性模型，设置土体饱和与非饱和水力特征曲线，施加库水位和强降雨共同作用下的复杂渗流边界条件，预设水力响应监测路径，设置水力多模态耦合计算分析步，划分边坡模型单元网格，在模型计算源文件中将土体渗透系数与子程序中自定义场变量进行关联。
6.根据权利要求5所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，土体饱和与非饱和水力特征曲线，采用van genuchten模型描述非饱和土体的水力函数，其数学表达式如下：
7.根据权利要求1所述的基于自适应多模态耦合的异质库坡失稳概率智能量化方法，其特征在于，在s5中，基于有限元软件的子程序自定义场变量进行二次...
【专利技术属性】
技术研发人员：王满玉，姚孟迪，谭尧升，欧阳嘉艺，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。