[發明專利]一種結合巖土材料特性的落石軌跡三維預測分析方法

在審

• 申請號: 202010582837.7
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111737871A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 葉四橋;李珂;林常青
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學;廣東東林工程設計有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

1.一種結合巖土材料特性的落石軌跡三維預測分析方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：將擬預測區域典型陡崖坡面幾何形態轉換為坐標數據，將坐標點排序后采用多項式對相鄰點直線段進行描述并以張量表達；

S2：根據實體落石試驗得到不同巖土體接觸參數，對構成坡面的多段線按巖土體的不同采用在材料賦值區間內隨機賦值接觸參數的方法形成材料參數矩陣；

S3：將落石初始位置及狀態參數裝載為初始矩陣；

S4：基于改進GJK算法與ODE軌跡算法對落石運動軌跡迭代計算；

S5：在剖面預測概率模型基礎上引入包含橫移比的落石三維預測算法對落石在平面內的分布規律預測；

S6：生成滿足特定空間規律的防護結構設置區域。

2.根據權利要求1所述的一種結合巖土材料特性的落石軌跡三維預測分析方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：將擬預測區域典型陡崖坡面幾何形態轉換為坐標數據對落石運動分析問題所需的地形及防護結構外形邊界輪廓進行確定；

其中在建模中，應滿足以下建模準則：

(1)模型邊界：用于區分軌跡預測分析工作區與不參與信息拾取的非工作區；

數據的最低點高程的0.9倍高程作為底界；以圖形界面繪制或導入數據的最高點高程的1.1倍作為頂界；數據的最小平距的0.9倍作為左界；以圖形界面繪制或導入數據的最大平距的1.1倍作為右界；

(2)幾何組成：用于繪制具體的建模信息；

①線段：將兩個坐標點進行連線，以代表坡面或支護結構的非封閉區域；

②在陡崖及其下部斜坡面邊界插值加密線段以提高計算精度；

陡崖及其下部斜坡面與防護結構形成含N點的集合采用N-1條多段線表示，將表達多段線的多項式以矩陣形式表達。

3.根據權利要求2所述的一種結合巖土材料特性的落石軌跡三維預測分析方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：根據實體落石試驗得到不同巖土體接觸參數，對構成坡面的多段線按巖土體的不同采用在材料賦值區間內隨機賦值接觸參數的方法形成材料參數矩陣，對包含預設防護結構的模型，同樣采用在材料賦值區間內隨機賦值接觸參數的方法形成材料參數矩陣；

包括以下步驟：

①將實體落石試驗得到的不同巖土體接觸參數數據組成數據庫，按地層巖性、地質構造對巖土體的接觸參數進行分類和整理，形成不同類別的材料矩陣；

②將陡崖及其下部斜坡輪廓按節點劃分為多段線組連續曲線，對不同巖土體屬性區域內多段線按其與數據庫對應的接觸參數進行賦值，實現對落石接觸區域巖土物理力學特性的準確表達。

4.根據權利要求3所述的一種結合巖土材料特性的落石軌跡三維預測分析方法，其特征在于，所述步驟S3具體為：預測計算模型中的坐標節點及形態，對初始狀態賦值，初始狀態包括水平初始速度、垂直初始速度、水平初始加速度、垂直初始加速度、落石質量和落石形態，提供落石擬迭代計算次數，形成初始狀態矩陣；

包括以下步驟：

①通過數據生成落石位置初始矩陣，僅有坐標節點，其余初值為0；

封閉多線段：將坐標點視為幾何形心，代表邊界輪廓即表征落石外邊界輪廓；

②根據需求確定落石形態：

提供兩種形態：一種是質點，另一種是球形；根據不同選擇裝載形態部分參數；

③塊體尺寸分布存在沖突時，默認優先級順序為：1)落石位置；2)陡崖及其下部斜坡面邊界線段；3)防護結構邊界；

④對落石初始狀態進行賦值；將落石坐標節點信息、形態信息、擬迭代計算次數，形成初始狀態矩陣。