[發明專利]一種考慮旋轉效應的巖土體參數隨機場建模方法

有效

• 申請號: 202011521879.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112765767B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 田寧;陳健;宋頂峰;武哲;付曉東;易順;黃玨皓
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/20
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發明公開了一種考慮旋轉效應的巖土體參數隨機場建模方法，包括：確定待模擬巖土體參數的統計特征以及概率分布類型；確定待模擬場地維度與尺度；網格化離散模擬場地，確定網格尺寸并劃分網格單元；進行相關函數坐標變換，得到一般旋轉各向異性相關結構的平方指數型自相關函數形式；確定協方差矩陣；協方差分解生成考慮旋轉效應的巖土體參數標準正態分布隨機場；對得到的巖土體參數標準正態分布隨機場進行等概率變換生成考慮旋轉效應的巖土體參數任意分布隨機場。通過調整參數旋轉角度β和相關主軸之間夾角η，實現了考慮旋轉效應的巖土體參數隨機場建模。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，具體涉及一種考慮旋轉效應的巖土體參數隨機場建模方法。

背景技術

巖土體作為大自然的產物，形成過程的復雜性和多樣性是不言而喻的。受到沉積歷史、應力條件、物理化學風化等復雜地質作用的影響，天然巖土體具有顯著的非均質性，即使是在同一土層內的相近位置，土體參數也會存在不同，這使得不確定性成為巖土體一個重要特征，同時也成為阻礙巖土工程發展的一道屏障。

目前巖土工程中關于參數空間變異性問題的研究主要集中在各向同性和正交各向異性兩種相關結構，然而由于地層抬升、隆起、下沉，錯段等地質運動，地層往往與水平面呈現出一定的夾角，稱之為地層的旋轉效應。此外，旋轉效應的存在也會導致相關性最強與最弱的兩個方向非正交，在此背景下，傳統的各向同性相關結構與正交各向異性相關結構已經不再適用，需要新的相關結構來刻畫此類各向異性。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明要解決的是傳統的各向同性相關結構與正交各向異性相關結構無法適用于考慮地層的旋轉效應場景的問題。

本發明采用的技術方案是：一種考慮旋轉效應的巖土體參數隨機場建模方法，包括如下步驟：

步驟一，確定待模擬巖土體參數的統計特征以及概率分布類型；

步驟二，確定待模擬場地維度與尺度；

步驟三，網格化離散模擬場地，確定網格尺寸并劃分網格單元；

步驟四，進行相關函數坐標變換，得到一般旋轉各向異性相關結構的平方指數型自相關函數形式；

步驟五，確定協方差矩陣；

步驟六，協方差分解生成考慮旋轉效應的巖土體參數標準正態分布隨機場；

步驟七，對步驟六中得到的巖土體參數標準正態分布隨機場進行等概率變換生成考慮旋轉效應的巖土體參數任意分布隨機場。

進一步的，所述的步驟一中巖土體參數的統計特征包括均值、標準差、變異系數、概率分布類型、相關函數和相關距離。

進一步的，所述巖土體參數的統計特中的均值、標準差和變異系數由現場試驗及勘察獲得的數據進行統計分析后得到，令x為待模擬的巖土體參數，則相應的均值μ_x、標準差σ_x、變異系數Cov_x分別為：

上式中，x_i表示每次試驗獲得的實驗數據，n表示試驗獲得的數據個數。

進一步的，所述巖土體參數的統計特征中的巖土體的概率分布類型通過繪制試驗值的概率分布直方圖，然后采用經典概率分布函數進行擬合，選取擬合度最優的曲線作為該組試驗值的概率分布類型；常選取正態分布或對數正態分布作為巖土體參數的概率分布類型；在無實測數據的情況下，也可根據查閱文獻獲取其均值、變異系數、概率分布類型、相關函數和相關距離等統計特征。

所述巖土體參數的統計特征中的相關函數用平方指數型相關函數表示，平方指數型相關函數ρ(τ_x，τ_y)表達式為：