一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，步驟包括：將粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息參數(shù)；選取滑帶土體樣本進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，獲取各樣本的盲信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，分別得到粘聚力盲信息A和內(nèi)摩擦角盲信息B的初步表達(dá)式；以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息，利用α截集技術(shù)對(duì)梯形模糊數(shù)進(jìn)行定量處理，分別得到粘聚力盲信息A、內(nèi)摩擦角盲信息B的最終表達(dá)式；通過剛體極限平衡方法，構(gòu)建滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息模型，得到安全系數(shù)的盲信息C的表達(dá)式C＝A*B；根據(jù)安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式對(duì)堆積體滑坡的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明將盲信息理論與剛體極限平衡方法相結(jié)合，可為工程技術(shù)人員提供更為全面的滑坡失穩(wěn)信息。
【專利說明】
一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，具體涉及一種基于盲信息的堆積體滑 坡安全評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國西南高山峽谷以及世界范圍內(nèi)分布著大量的堆積體滑坡，這類滑坡在人類 或者自然活動(dòng)中，災(zāi)害頻發(fā)，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民正常生活帶來嚴(yán)重危害，堆積體滑坡的安全 性評(píng)價(jià)具有重要意義。
[0003] 堆積體作為一種多元介質(zhì)，一般由作為骨料的碎石、塊石和黏土、砂土等充填成分 組成，其力學(xué)特性復(fù)雜，結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的不均勻性和隨機(jī)性。相對(duì)于均質(zhì)邊坡，堆積體滑坡 的力學(xué)參數(shù)的不確定性對(duì)滑坡的安全性評(píng)價(jià)影響特別突出。目前工程上對(duì)于滑坡的安全性 評(píng)價(jià)主要采用確定性方法，確定性方法最終只能提供一個(gè)確定的安全系數(shù)，在實(shí)際的工程 中，有可能出現(xiàn)在計(jì)算時(shí)被判定為穩(wěn)定的邊坡，實(shí)際中發(fā)生了失穩(wěn)破壞的情況。
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種新的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方 法，該方法能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)確定性方法的缺陷，為工程技術(shù)人員提供更為全面的滑坡失穩(wěn)信 息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法， 該方法充分考慮了計(jì)算參數(shù)的不確定性，能夠?yàn)楣こ碳夹g(shù)人員提供更為全面的滑坡失穩(wěn)信 息。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，包括如下 步驟：
[0007] (1)將粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息參數(shù)；
[0008] (2)選取滑帶土體樣本進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，獲取各樣本的盲信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理， 分別得到粘聚力盲信息A和內(nèi)摩擦角盲信息B的初步表達(dá)式；
[0009] (3)以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息，利用a截集技術(shù)對(duì)梯形模糊數(shù)進(jìn)行定量處理， 分別得到粘聚力盲信息A、內(nèi)摩擦角盲信息B的最終表達(dá)式；
[0010] (4)通過剛體極限平衡方法，構(gòu)建滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息模型，得到安全系數(shù)的盲 信息C的表達(dá)式C=A*B;
[0011] (5)根據(jù)安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式對(duì)堆積體滑坡的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0012] 具體的，步驟(2)中，數(shù)據(jù)處理的方法為：剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù);采用層次聚類分析法，對(duì) 剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)段的劃分，以各數(shù)據(jù)區(qū)段的數(shù)據(jù)量占剩余數(shù)據(jù)總量的百分比作為該區(qū) 段的可信度。
[0013] 上述步驟(3)中，以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息的方法為:計(jì)算各數(shù)據(jù)區(qū)段內(nèi)數(shù) 據(jù)的均值E(x)，方差5(x)，取a = E(x)-kl5(x)、d = E(x)+kl5(x)分別作為梯形模糊數(shù)的上下 限，取b = E(x) -k25 (x)、c = E(x) +k25 (x)分別作為梯形模糊數(shù)的最可能值。
[0014] 上述步驟(4)中，安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式為：
[0015] C = A*B = \[Af,A：\fa{x) } + {[B^B：],ga(y) } = {[^；+B：],ha(z) } ^
[0016] ha(z) = fa(x) .ga(y)；
[0017] 其中，A：：]為盲信息A經(jīng)a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，fa(x)為盲信 息A的可信度;[穹,,:和]為盲信息B經(jīng)過a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，ga(y)為盲 信息B的可信度;ha(z)為計(jì)算得到的盲信息C的可信度;*為盲信息的加減乘除運(yùn)算。
[0018] 上述步驟（5)中，根據(jù)邊坡安全規(guī)范，得出天然工況下堆積體滑坡允許的安全系 數(shù)，結(jié)合安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式，計(jì)算滑坡低于允許安全系數(shù)的概率，該概率表征滑坡 的失穩(wěn)安全性。
[0019] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過將盲信息理論與剛體 極限平衡方法相結(jié)合，應(yīng)用于巖土工程中滑坡安全評(píng)價(jià)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域，一方面綜合考慮了 堆積體這種巖土體材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的不均勻性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，能夠充分反映堆積體這種多 元介質(zhì)材料參數(shù)的不確定性;另一方面彌補(bǔ)了采用傳統(tǒng)確定性方法進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)產(chǎn)生 的安全系數(shù)單一的缺點(diǎn)，能夠?yàn)楣こ碳夹g(shù)人員提供更為全面的滑坡失穩(wěn)信息，為滑坡安全 性評(píng)價(jià)提供了新的思路，具有較強(qiáng)的工程意義。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法的簡要流程圖；
[0021] 圖2為實(shí)施例中堆積體滑坡的典型剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1，本發(fā)明的一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟： [0024] (1)將粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息參數(shù)；
[0025]粘聚力和內(nèi)摩擦角是影響堆積體滑坡安全性的兩個(gè)主要指標(biāo)。
[0026] (2)選取滑帶土體樣本進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，獲取各樣本的盲信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理， 分別得到粘聚力盲信息A和內(nèi)摩擦角盲信息B的初步表達(dá)式；
[0027] 數(shù)據(jù)處理包括:剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù);然后采用層次聚類分析法，對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū) 段的劃分，以各數(shù)據(jù)區(qū)段的數(shù)據(jù)量占剩余數(shù)據(jù)總量的百分比作為該區(qū)段的可信度；
[0028] (3)以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息，利用a截集技術(shù)對(duì)梯形模糊數(shù)進(jìn)行定量處理， 分別得到粘聚力盲信息A、內(nèi)摩擦角盲信息B的最終表達(dá)式；
[0029] 其中，以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息的方法為:計(jì)算各數(shù)據(jù)區(qū)段內(nèi)數(shù)據(jù)的均值E (x)，方差5(x)，然后取a = E(x)-kl5(x)、d = E(x)+kl5(x)分別作為梯形模糊數(shù)的上下限，取 b = E(x)-k25(x)、c = E(x)+k25(x)分別作為梯形模糊數(shù)的最可能值。
[0030] (4)通過剛體極限平衡方法，構(gòu)建滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息模型，得到安全系數(shù)的盲 信息C的表達(dá)式C=A*B;
[0031]安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式為：
[0032] C = A^B = {[A%A：\fa{x) } + {[^,B：]，r(v) } = {[4a+C^：+B：],r(z) j ^
[0033] ha(z) = fa(x) .ga(y)；
[0034] 其中，表示盲信息A經(jīng)a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，fa(x)表示 盲信息A的可信度；表示盲信息B經(jīng)過a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，ga (y)表示盲信息B的可信度;ha(z)表示計(jì)算后得到的盲信息C的可信度;*代表盲信息的加減 乘除運(yùn)算。
[0035] (5)根據(jù)安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式對(duì)堆積體滑坡的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0036] 具體的，根據(jù)邊坡安全規(guī)范，得出天然工況下堆積體滑坡允許的安全系數(shù)，結(jié)合安 全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式，計(jì)算滑坡低于允許安全系數(shù)的概率，該概率表征滑坡的失穩(wěn)安全 性。
[0037]本發(fā)明通過將盲信息理論與剛體極限平衡方法相結(jié)合，應(yīng)用于巖土工程中滑坡安 全評(píng)價(jià)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域，一方面綜合考慮了堆積體這種巖土體材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的不均勻性和隨 機(jī)性的特點(diǎn)，能夠充分反映堆積體這種多元介質(zhì)材料參數(shù)的不確定性;另一方面彌補(bǔ)了采 用傳統(tǒng)確定性方法進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)產(chǎn)生的安全系數(shù)單一的缺點(diǎn)，能夠?yàn)楣こ碳夹g(shù)人員提 供更為全面的滑坡失穩(wěn)信息，為滑坡安全性評(píng)價(jià)提供了新的思路，具有較強(qiáng)的工程意義。 [0038] 實(shí)施例
[0039] 下面以某水電站壩前堆積體滑坡為例，對(duì)本發(fā)明的基于盲信息的堆積體滑坡安全 評(píng)價(jià)方法進(jìn)行說明。
[0040] 某水電站壩前堆積體滑坡由砂土構(gòu)成，充填碎石，塊石，充填物為變質(zhì)砂巖，板巖。 地質(zhì)勘探表明，堆積體穩(wěn)定性控制層為滑帶土層，失穩(wěn)破壞模式主要為沿著底滑面的整體 滑移;滑坡典型剖面圖如圖2。
[0041 ]依據(jù)本發(fā)明方法，該滑坡的安全性評(píng)價(jià)步驟為：
[0042] (1)滑坡安全評(píng)價(jià)盲信息參數(shù)的定義:將影響堆積體滑坡安全性的兩個(gè)主要指標(biāo) 粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為盲信息。
[0043] (2)堆積體力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：
[0044] 在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔選取不同部位的滑帶土體樣本，進(jìn)行室內(nèi)直剪實(shí)驗(yàn)，記錄各樣本對(duì)應(yīng) 的粘聚力和內(nèi)摩擦角數(shù)據(jù)，本次實(shí)驗(yàn)總共進(jìn)行了 35組滑帶土的剪切實(shí)驗(yàn)，剔除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有 錯(cuò)誤的5組，剩余的30組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù);采用層次聚類分析法，分別對(duì)兩個(gè)盲信息的 有效數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)段的劃分，以各數(shù)據(jù)區(qū)段內(nèi)數(shù)據(jù)量占總數(shù)據(jù)量的百分比作為該區(qū)段的 可信度，得到盲信息的初步表達(dá)式，如下：
[0045] ①內(nèi)摩擦角的盲信息初步表達(dá)式為： 0.15 [14.8-18.2]
[0046] f(c) = < 0,65 [19.6-27.2] 0.20 [28.0-31.2]
[0047] 可以看出，內(nèi)摩擦角在14.8~18.2kPa之間的可信度為0.15,在19.6~27.2kPa之 間的可信度為0.65,在28.0~31.2kPa之間的可信度為0.20。
[0048]②粘聚力的盲信息初步表達(dá)式： 0.20 [20.4-25.3]
[0049]丨，(滬)=0.55 [2.6.3-35.2J 0.25 [33.0-36.5]
[0050] 可以看出，粘聚力在20.4°~25.3°之間的可信度為0.20,在26.3°~35.2°之間的 可信度為0.55,在33.0°~36.5°之間的可信度為0.25。
[0051] (3)梯形模糊參數(shù)的計(jì)算：以梯形模糊數(shù)分別模擬、表征內(nèi)摩擦角和粘聚力，利用a 截集技術(shù)對(duì)梯形模糊數(shù)進(jìn)行定量處理，得到盲信息的最終表達(dá)式。結(jié)合工程實(shí)際情況，本算 例中取a = 〇.7的截集水平進(jìn)行計(jì)算，得到內(nèi)摩擦角和粘聚力的盲信息最終表達(dá)式如下： [0052]①內(nèi)摩擦角的盲信息最終表達(dá)式： 0.15 [15.2-17.0]
[0053] r/fc) = <0.65 [21.6-26.3] 0.20 [28.4-30.7]
[0054]②粘聚力的盲信息最終表達(dá)式： 0.20 [21.4-24.9]
[0055] r(r/>) = <0.55 [28.2-32.1] 0.25 [34.1-36.0]
[0056] (4)盲信息的運(yùn)算及滑坡安全系數(shù)盲信息表達(dá)式的求解:按照盲信息的運(yùn)算規(guī)則 計(jì)算安全系數(shù)的盲信息表達(dá)式。為了能夠盡可能的減少計(jì)算量，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?并，得到安全系數(shù)的盲信息表達(dá)式。對(duì)于本實(shí)施例的整體滑移模式，安全系數(shù)的盲信息表達(dá) 式為： 0.12 [0.82-1.09] 0.10 [1.10-1.20]
[0057] Fs = 0.48 [1.21-1.34] 0.30 [1.35-1.52]
[0058]由上式可知，安全系數(shù)在0.82-1.09之間的可能性為12%，在1.10-1.20之間的可 能性為10%，其余依次類推。
[0059] (5)滑坡失穩(wěn)安全性評(píng)價(jià):根據(jù)邊坡安全規(guī)范，在天然工況下邊坡允許的安全系數(shù) 為1.25,因此可以計(jì)算此實(shí)施例中安全系數(shù)低于1.25的概率為：34%，存在一定的失穩(wěn)風(fēng) 險(xiǎn)。
[0060] 該結(jié)果不僅充分考慮了堆積體材料的不均勻性，而且這樣安全系數(shù)的表達(dá)式比較 全面地反映了在各個(gè)不同的取值區(qū)間的可能性，避免了由于參數(shù)取值單一而造成的計(jì)算安 全系數(shù)時(shí)的偏差，能夠?yàn)楣こ烫峁┤娴幕率Х€(wěn)參考信息，對(duì)后續(xù)滑坡預(yù)警以及治理具 有重要意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息參數(shù)； (2) 選取滑帶土體樣本進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，獲取各樣本的盲信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，分別 得到粘聚力盲信息A和內(nèi)摩擦角盲信息B的初步表達(dá)式； (3) 以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息，利用α截集技術(shù)對(duì)梯形模糊數(shù)進(jìn)行定量處理，分別 得到粘聚力盲信息Α、內(nèi)摩擦角盲信息Β的最終表達(dá)式； (4) 通過剛體極限平衡方法，構(gòu)建滑坡安全評(píng)價(jià)的盲信息模型，得到安全系數(shù)的盲信息 C的表達(dá)式C=A*B; (5) 根據(jù)安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式對(duì)堆積體滑坡的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟 (2) 中，所述數(shù)據(jù)處理的方法為:剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù);采用層次聚類分析法，對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù) 區(qū)段的劃分，以各數(shù)據(jù)區(qū)段的數(shù)據(jù)量占剩余數(shù)據(jù)總量的百分比作為該區(qū)段的可信度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟 (3) 中，所述以梯形模糊數(shù)模擬、表征盲信息的方法為:計(jì)算各數(shù)據(jù)區(qū)段內(nèi)數(shù)據(jù)的均值E(x)， 方差δ(x)，取a = E(x)-klδ(χ)、d = E(x)+klδ(χ)分別作為梯形模糊數(shù)的上下限，取b = E(x)-k25(x)、c = E(x) +k25 (X)分別作為梯形模糊數(shù)的最可能值。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟 (4) 中，所述安全系數(shù)盲信息C的表達(dá)式為：ha(z)=fa(x).ga(y)； 上式中，[4% 為盲信息A經(jīng)a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，fa(x)為盲信息 A的可信度;ΡΓ，ΒΓ]為盲信息B經(jīng)過a截集技術(shù)處理后與a值相對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)，ga(y)為盲信 息B的可信度;ha(z)為計(jì)算得到的盲信息C的可信度;*為盲信息的加減乘除運(yùn)算。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲信息的堆積體滑坡安全評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟 (5) 中，根據(jù)邊坡安全規(guī)范，得出天然工況下堆積體滑坡允許的安全系數(shù)，結(jié)合安全系數(shù)盲 信息C的表達(dá)式，計(jì)算滑坡低于允許安全系數(shù)的概率，該概率表征滑坡的失穩(wěn)安全性。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105930660SQ201610256635
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】向志鵬, 王環(huán)玲, 徐衛(wèi)亞, 孟慶祥, 楊蘭蘭
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)