[發明專利]基于遺傳算法和離散元分析法的錨固邊坡安全性評價方法

有效

• 申請號: 202110431947.8
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113408184B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 夏鵬;胡新麗;吳爽爽;段杭;陳浩;李嵐星;劉暢;應春業
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/25;G06N3/12;G06F111/06;G06F111/08;G06F119/14
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本發明提供了一種基于遺傳算法和離散元分析法的錨固邊坡安全性評價方法，主要包括以下步驟：基于現場勘察和儀器監測收集巖質錨固邊坡的基礎數據；基于離散元分析軟件3DEC構建巖質錨固邊坡分析計算模型；根據巖體蠕變試驗確定蠕變本構模型及蠕變參數范圍；基于遺傳算法和巖質錨固邊坡分析計算模型的響應確定巖質錨固邊坡蠕變本構模型的最優參數；基于設定的分析時間，提取巖質錨固邊坡的特征變量。根據特征變量的變化情況進行巖質錨固邊坡長期安全性評價。本發明的有益效果是：可以有效提高巖質錨固邊坡安全性評價的準確性和評價效率，該方法可以為巖質錨固邊坡滑坡的演化機理研究與動態安全性評價提供有利條件。

技術領域

本發明涉及地質災害防治領域，具體涉及水電站巖質錨固邊坡的動態長期安全性的評價方法，尤其涉及一種基于遺傳算法和離散元分析法的錨固邊坡安全性評價方法。

背景技術

自一系列國家水電發展規劃實施以來，我國西南地區興建了一大批水利水電工程，隨著這些工程的建設和運行，開展了大量的巖質高邊坡治理工程，錨固結構作為邊坡治理工程中最常用的手段之一被大量應用。因此形成了大量的巖質錨固邊坡，這些邊坡的長期安全性不僅關系著整個水電工程的運行，還嚴重關系著庫區人民的生命和財產安全。在目前評價滑坡穩定性最常用的規范中僅僅是將錨固結構等效為均勻分布的一個力進行平衡計算，難以考慮到錨固結構和邊坡的動態相互作用，同時目前規范對于邊坡穩定性評價是一種靜態的評價方法，對巖質錨固邊坡的長期安全狀態難以作出準確判斷。

離散單元法(Discrete element method,DEM)是一種對存在結構面和節理的巖體進行應力分析的數值方法，在1971年Cundall率先提出。可模擬非連續巖體的大位移，接觸面滑移、分離等現象，同時可以更加真實的反應出結構面和節理巖體內部變形以及應力分布情況。該方法以牛頓第二定律作為理論基礎。可運用于剛體(Rigid Block)和可變形體(Deforma bleblock)的分析研究。3DEC是三維離散元程序(3Dimension distinct elementCode)的簡稱,是由美國ITASCA公司開發研究的成熟離散元數值模擬軟件。不僅可以模擬存在不連續情況的工程案例，還可以模擬巖體在動態或靜態荷載下的受力和變形情況，主要適用于大變形和轉動的分析計算，不但可以自動判別塊體間各接觸點還能分析動態或靜態荷載下介質受力以及變形情況。目前應用在了邊坡評價、地下工程和層理、節理或斷層等結構對巖石地基的影響等領域。然而，目前大多數分析均采用Mohr模型，沒能考慮到巖體材料蠕變特性導致的其臨界應變應變狀態改變和強度劣化；同時對于蠕變參數的選擇也是通過試算和試驗導致確定參數效率低下，巖質錨固邊坡分析計算模型的響應與實際監測數據還存在一定的差異。這兩個不足導致了目前對巖質錨固邊坡的演化機理和長期安全性評價等研究存在偏差。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種遺傳算法和離散元分析法的錨固邊坡安全性評價方法，主要包括以下步驟：

S1：基于現場勘察和儀器監測收集巖質錨固邊坡的基礎數據；

S2：根據所述基礎數據，基于離散元分析軟件3DEC構建巖質錨固邊坡分析計算模型；

S3：基于巖體蠕變試驗確定蠕變本構模型和蠕變參數范圍；

S4：在3DEC軟件中將步驟S3確定的蠕變本構模型賦值給步驟S2中構建的巖質錨固邊坡分析計算模型，將步驟S2確定的蠕變參數范圍作為遺傳算法的輸入參數，將遺傳算法和巖質錨固邊坡分析計算模型的響應相結合，進行聯合的迭代計算來確定巖質錨固邊坡分析計算模型中蠕變本構模型的最優參數；

S5：將步驟S3中得到的蠕變本構模型和步驟S4中得到的巖質錨固邊坡分析計算模型中蠕變本構模型的最優參數帶入步驟S2中構建的巖質錨固邊坡分析計算模型，基于設定的巖質錨固邊坡分析時間，提取巖質錨固邊坡的特征變量；

S6：根據特征變量的變化情況，進行巖質錨固邊坡長期安全性評價。