專利名稱：滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑坡時空預(yù)測方法，尤其是一種能對滑坡災(zāi)變過程進行時空預(yù)測的智能方法。更具體地說是一種巖土力學(xué)與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的智能預(yù)測方法。

背景技術(shù)：
我國是滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，滑坡每年給我國造成巨大的經(jīng)濟損失和重大的人員傷亡。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，滑坡作為一種地質(zhì)災(zāi)害，其嚴(yán)重的危害性已經(jīng)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳钤斐闪藰O大的影響。盡管對滑坡時空預(yù)測方法的研究工作已經(jīng)取得了巨大成就，目前每年仍發(fā)生大量的滑坡地質(zhì)災(zāi)害，表明現(xiàn)有的滑坡時空預(yù)測方法仍存在缺陷。
目前，滑坡時空預(yù)測還沒有系統(tǒng)方法，工程實踐中常常采用的方法是首先根據(jù)二維極限平衡法判斷滑坡穩(wěn)定不穩(wěn)定；然后根據(jù)短期的地表變形觀測，憑經(jīng)驗判斷滑坡大致失穩(wěn)時間，最后決定是否加固。傳統(tǒng)的滑坡時空預(yù)測方法存在著缺乏理論依據(jù)，以及不能預(yù)測滑體變形的不足，而且精度無法保證。另外，傳統(tǒng)的滑坡時空預(yù)測方法是采用二維極限平衡法判別滑坡穩(wěn)定性，實際上滑坡是一個三維問題，采用二維計算方法明顯不能反映滑坡的真實應(yīng)力狀態(tài)；再者，傳統(tǒng)方法通過對滑坡位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的簡單處理來判斷滑坡的失穩(wěn)時間，這種方法沒有考慮滑坡介質(zhì)的流變特性，因此，物理意義不明確。
總之，傳統(tǒng)的滑坡時空預(yù)測方法沒有反映滑坡巖土體材料的非線性本質(zhì)，沒有反映滑坡的災(zāi)變過程，因此有必要發(fā)明一種既能反映滑坡巖土體材料非線性本質(zhì)又能方便工程應(yīng)用的滑坡時空預(yù)測系統(tǒng)方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、直觀、經(jīng)濟和高效的滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法，該方法能判別滑坡的三維穩(wěn)定性和滑坡的失穩(wěn)時間，同時能夠模擬滑坡失穩(wěn)后的變形過程。
該方法通過計算機運行，包括如下步驟 1)選定待預(yù)測的具體滑坡，確定計算參數(shù)； 2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型； 3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測對單滑面滑坡或多滑面滑坡的三維安全系數(shù)進行計算，判斷安全系數(shù)是否大于1；當(dāng)安全系數(shù)大于1時，再進入滑坡失穩(wěn)狀態(tài)判斷；否則，程序結(jié)束； 4)滑坡失穩(wěn)狀態(tài)的智能預(yù)測采用分叉集方程判斷滑坡是否突滑失穩(wěn)；如果結(jié)果是否，則繼續(xù)采用飽和狀態(tài)的參數(shù)，計算滑坡三維安全系數(shù)；如果結(jié)果是是，則預(yù)測出滑坡失穩(wěn)時間，再進入滑坡活動強度預(yù)測； 5)滑坡活動強度的智能預(yù)測計算滑坡失穩(wěn)后的變形過程，輸出任意時刻的變形圖，直至滑坡結(jié)束。
具體地說，本發(fā)明是采用以下步驟對滑坡的災(zāi)變過程進行時空預(yù)測的 1)選定具體待預(yù)測的滑坡，確定計算參數(shù)；如，確定三維滑動面的產(chǎn)狀、孔隙水壓力大小以及滑面上巖土材料在天然和飽和狀態(tài)下的黏聚力c和內(nèi)摩擦角；對三維滑體進行離散化，根據(jù)滑面上剪切力方向與滑動面傾向相反近似確定每個離散塊體的滑動方向；根據(jù)滑動面貫通率現(xiàn)場測量滑動面剪切段和蠕滑段的長度，確定滑面上材料西原體流變模型參數(shù)； 2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型將三維滑體離散為豎直條柱，確定離散條柱的滑動方向，從而確定滑坡時間預(yù)測的二維剖面 3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測 對于單滑面滑坡，由極限平衡法求解二維滑面上正應(yīng)力分布函數(shù)，根據(jù)三維滑體3個方向上力的平衡和繞3個坐標(biāo)軸的力矩平衡得到安全系數(shù)Fs； 對于多滑面滑坡，采用極限分析上限法求解安全系數(shù)； 4)滑坡失穩(wěn)時間的智能預(yù)測 由滑坡位移實測數(shù)據(jù)擬合得到滑坡位移隨時間變化多項式為 u＝u(0)+h1t+h2t2+h3t3+h4t4+h5t5 式中，u(0)為t＝0時刻的初始水平位移，參數(shù)h1，h2，h3，h4，h5為時間變量t不同次方項前的常系數(shù)，可以通過擬合實測數(shù)據(jù)得到； 將步驟1)確定的滑面介質(zhì)西原體流變參數(shù)輸入尖點突變理論的分叉集方程4p3+27q2＝0，得到滑坡突滑時間，同時根據(jù)能量轉(zhuǎn)化原理，計算出滑體突滑初速度； 5)滑坡活動強度的智能預(yù)測將滑體進行垂直條分離散化，得到每一條塊的寬度、面積和彈性模量，計算滑落體活動過程任意時刻的變形、速度和滑動距離，直至滑坡結(jié)束。
上述預(yù)測方法的第2)步所建立的三維滑體幾何模型中的豎直條柱底滑面上的滑動方向各不相同，每個條柱的滑動方向定義為條柱底滑面傾角的反向，其滑動方向單位矢量為 式中，S為滑動方向單位矢量；θ為條柱底滑面相鄰兩條邊的夾角；αx和αy分別為底滑面兩邊與坐標(biāo)軸的夾角；α為滑面傾向與條柱底邊的夾角。
上述預(yù)測方法的第3)步中三維滑體被垂直離散為m行和n列條柱，每個條柱按所在的行號i和列號j定義為(i，j)。
上述預(yù)測方法的第4)步中滑坡失穩(wěn)時間預(yù)測以突變理論的分叉集方程作為判別條件，其判別條件為方程4p3+27q2＝0有正實根，式中p和q為控制變量。
上述預(yù)測方法第5)步中滑落體運動軌跡預(yù)測首先將滑體視為彈性滑塊，滑塊之間通過彈簧傳遞下滑力和抗滑力，同時滑塊在下滑力和抗滑力等荷載作用下將發(fā)生彈性變形，然后根據(jù)能量守恒求解滑塊的變形和速度。
本發(fā)明的工作量較現(xiàn)有方法大大減少，提高了精度，同時簡化了滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的判斷方法，使滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測更加方便和可靠，增強了滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的可操作性。因此本發(fā)明是一種簡單、直觀、經(jīng)濟和高效的滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測方法。本方法通過計算機實現(xiàn)，不但能判斷滑坡的三維穩(wěn)定性，而且可以根據(jù)突變理論的分叉集判斷滑坡的突滑失穩(wěn)時間以及模擬滑坡失穩(wěn)后的變形過程。解決了現(xiàn)有的滑坡災(zāi)變?nèi)^程智能預(yù)測的難題，為滑坡災(zāi)變過程的跟蹤與治理提供了一種簡單實用的智能預(yù)測方法。



圖1為本發(fā)明實施例1的流程圖； 圖2為本發(fā)明實施例2的滑坡剖面圖； 圖3為本發(fā)明實施例3重慶某滑坡平面圖； 圖4(a)-圖4(c)為某滑坡滑動過程變化圖。

具體實施例方式 實施例1參見圖1，一種滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法，其具體實施步驟如下 1)選定具體待預(yù)測的滑坡，確定計算參數(shù)；如，確定三維滑動面的產(chǎn)狀、孔隙水壓力大小以及滑面上巖土材料在天然和飽和狀態(tài)下的黏聚力c和內(nèi)摩擦角；對三維滑體進行離散化，根據(jù)滑面上剪切力方向與滑動面傾向相反近似確定每個離散塊體的滑動方向；根據(jù)滑動面貫通率現(xiàn)場測量滑動面剪切段和蠕滑段的長度，確定滑面上材料西原體流變模型參數(shù)； 2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型將三維滑體離散為豎直的條柱，根據(jù)三維滑面的產(chǎn)狀確定每個離散條柱的滑動方向，從而確定滑坡時間預(yù)測的二維剖面； 3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測對單滑面滑坡或多滑面滑坡的滑坡三維安全系數(shù)進行計算，判斷安全系數(shù)是否大于1；當(dāng)安全系數(shù)大于1時，再進入滑坡失穩(wěn)狀態(tài)判斷；否則，程序結(jié)束； 對于單滑面滑坡，由極限平衡法求解二維滑面上正應(yīng)力分布函數(shù)，根據(jù)三維滑體3個方向上力的平衡和繞3個坐標(biāo)軸的力矩平衡得到安全系數(shù)Fs； 對于多滑面滑坡，采用極限分析上限法求解安全系數(shù)； 4)滑坡失穩(wěn)時間的智能預(yù)測判斷滑坡是否突滑失穩(wěn)；如果結(jié)果是否，則繼續(xù)采用飽和狀態(tài)的參數(shù)，計算滑坡三維安全系數(shù)；如果結(jié)果是是，則預(yù)測出滑坡失穩(wěn)時間；再進入滑坡活動強度預(yù)測； 由滑坡位移實測數(shù)據(jù)擬合得到滑坡位移隨時間變化多項式為 u＝u(0)+h1t+h2t2+h3t3+h4t4+h5t5 式中，u(0)為t＝0時刻的初始水平位移，參數(shù)h1，h2，h3，h4，h5為時間變量t不同次方項前的常系數(shù)，可以通過擬合實測數(shù)據(jù)得到； 將步驟1)確定的滑面介質(zhì)西原體流變參數(shù)輸入滑坡失穩(wěn)時間預(yù)測模型；根據(jù)尖點突變理論的分叉集方程4p3+27q2＝0，得到滑坡突滑時間，同時根據(jù)能量轉(zhuǎn)化原理，計算出滑體突滑初速度； 5)滑坡活動強度的智能預(yù)測將滑體進行垂直條分離散化，得到每一條塊的寬度、面積和彈性模量，計算滑落體活動過程任意時刻的變形、速度和滑動距離，直至滑坡結(jié)束。
其中第2)步所建立的三維滑體幾何模型中的豎直條柱底滑面上的滑動方向各不相同，每個條柱的滑動方向定義為條柱底滑面傾角的反向，其滑動方向單位矢量為 式中，S為滑動方向單位矢量；θ為條柱底滑面相鄰兩條邊的夾角；αx和αy分別為底滑面兩邊與坐標(biāo)軸的夾角；α為滑面傾向與條柱底邊的夾角。
第3)步中三維滑體被垂直離散為m行和n列條柱，每個條柱按所在的行號i和列號j定義為(i，j)。
第4)步中滑坡失穩(wěn)時間預(yù)測以突變理論的分叉集方程作為判別條件，其判別條件為方程4p3+27q2＝0是否有正實根，式中，p和q為控制變量。
第5)步中滑落體運動軌跡預(yù)測首先將滑體視為彈性滑塊，滑塊之間通過彈簧傳遞下滑力和抗滑力，同時滑塊在下滑力和抗滑力等荷載作用下將發(fā)生彈性變形，然后根據(jù)能量守恒求解滑塊的變形和速度。
實施例2某滑坡三維安全系數(shù)確定 (1)主要計算參數(shù) 該滑坡的三維滑面形狀函數(shù)已知，如圖2所示，y＝50m時三維滑坡剖面圖。本例為三維橢球形滑面，其中滑體為各向同性均質(zhì)材料，計算參數(shù)如下黏聚力c＝29kPa，內(nèi)摩擦角＝20°，滑體容重γ＝18.8kN/m3。
(2)計算流程 ①步驟一確定三維滑面形狀及滑體幾何尺寸 滑面函數(shù)s可以表示為 坡面函數(shù)z1為 根據(jù)式(1)和式(2)確定滑體的體積、厚度和滑面產(chǎn)狀。
②步驟二將三維滑體離散化 計算所用的離散模型如圖2所示，滑體被離散為3017個垂直條柱。
③步驟三根據(jù)滑面產(chǎn)狀確定每個條柱的滑動方向 根據(jù)滑面上剪切力方向與滑動面傾向相反近似確定每個離散塊體的滑動方向。
④步驟四根據(jù)二維極限平衡法，假定滑面正應(yīng)力分布函數(shù) 假設(shè)滑體達到極限平衡狀態(tài)時滑面正應(yīng)力分布為
式中，F(xiàn)s0為初始設(shè)定的安全系數(shù)；c為滑面巖土材料的黏聚力；為內(nèi)摩擦角；λ1，λ2，λ3，λ4為待定參數(shù)；d1，d2為滑體最大寬度處y方向的坐標(biāo)值；xa，xb分別為滑體出口和后緣x方向的坐標(biāo)值；σ(x，y)為法向應(yīng)力；q為孔隙水壓力；ξ(x，y)為修正函數(shù)；Δ為滑面面積；σ0(x，y)為初始應(yīng)力；αx為滑面傾角；w為滑體重力；x和y為條柱中心點坐標(biāo)。
⑤步驟五根據(jù)靜力平衡方程求得安全的顯式解 對于三維滑坡整體，需要考慮滑體的6個平衡條件，即x，y和z方向力的平衡，繞x軸、y軸和z軸的力矩平衡。
(3)計算結(jié)果分析 計算結(jié)果如表1所示，對比分析表明本發(fā)明方法的計算結(jié)果與二維極限平衡法和二維極限分析法計算結(jié)果接近。
表1不同計算方法求得例一的安全系數(shù)計算結(jié)果對比 可見，本發(fā)明所述方法的預(yù)測結(jié)果與國家規(guī)范的方法比較接近，但工作量卻大大減少。
實施例3重慶某滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測 (1)選定重慶某滑坡，確定計算參數(shù) 某滑坡位于渝黔高速公路重慶南坪段，該邊坡于1997年12月到1998年3月開挖路基期間，由于受到大雨和人工擾動的影響逐步失穩(wěn)形成了圓弧形拉裂縫?；w坡面走向為SN向，滑坡在平面上呈不規(guī)則的馬蹄形，橫向?qū)捈s200～360m，縱向長約230m，滑坡后緣陡壁高10～20m，坡度70～80°?；麦w厚度變化較大，呈周圍淺中部深的規(guī)律，中部最厚達到40m，平均厚度約19.5m?；聟^(qū)面積約7萬m2，體積約140萬m3，屬大型滑坡，如圖3所示。
(2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型并對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測 三維安全系數(shù)求解的具體步驟如下 ①步驟一建立幾何模型 將滑體按照折線形滑面的轉(zhuǎn)折點離散為一系列垂直的條塊，視每一條塊為剛體，滑帶和條塊間錯動部位被視為塑性體。對上下滑體中的離散塊進行編號，同時找出代表主滑方向的中性面；該滑坡實際為三層滑面，由于上層滑體已經(jīng)經(jīng)過了一定的治理，上層滑體中的兩個滑面較為接近且實測變形基本相近，因此，計算時仍按一層考慮。將上下滑體劃分為在oxy平面投影為2m×2m的豎直條柱，條柱總數(shù)為8016。
②步驟二求解機動許可的速度場 確定整個條塊系統(tǒng)的速度場的計算過程主要包括以下幾步 a)假定中性面下滑體上的第c列條柱第一行的條塊速度為V1，方向與底滑面的夾角為，且平行于中性面，根據(jù)二維邊坡極限分析法構(gòu)造出中性面各條塊機動許可的速度場； b)按每一行第一列不存在下側(cè)條塊的邊界條塊速度絕對值等于相鄰的左側(cè)條塊速度假定計算邊界條塊的速度場，同理可以計算每一行最后一列不存在下側(cè)條塊的邊界條塊； c)根據(jù)相鄰條塊之間速度矢量閉合關(guān)系，從中性面向兩側(cè)逐步計算各條塊的速度以及條塊行與行、列與列之間的相對速度； d)根據(jù)同一位置上下滑體條塊的速度計算上下滑塊的相對速度。
③步驟三迭代求解安全系數(shù) 根據(jù)外部作用荷載和滑體自重所做的外功率與塑性變形區(qū)的內(nèi)部能量耗損相等的平衡條件建立三維滑體虛功率方程為 式中，左邊第一項代表列界面上的內(nèi)能耗散，第二項代表行界面的內(nèi)能耗散，第三項代表底滑面上的內(nèi)能耗散，第四項代表上滑面上的內(nèi)能耗散；右邊第一項為滑體重力所做的功，第二項為外荷載所作的功?？梢酝ㄟ^求解上式得到安全系數(shù)。
該滑坡為多滑面滑坡，為了考慮多滑面之間的相互影響，選用多滑面滑坡三維穩(wěn)定性分析模型計算。主要計算參數(shù)如表2所示。
表2滑面計算參數(shù) 分別計算了該滑坡上層滑面和下層滑面的穩(wěn)定性，得到了考慮滑面間相互作用后的安全系數(shù)，具體計算結(jié)果見表3。計算結(jié)果表明下層滑面基本穩(wěn)定，上層滑面不穩(wěn)定或處于極限平衡狀態(tài)。其中，上層滑面的計算結(jié)果比傳遞系數(shù)法的計算結(jié)果小，主要是因為考慮了滑面的相互作用。
表3不同方法安全系數(shù)計算結(jié)果對比 (3)滑坡失穩(wěn)時間智能預(yù)測 具體實施步驟如下 ①步驟一根據(jù)常規(guī)室內(nèi)蠕變試驗確定滑面介質(zhì)的本構(gòu)模型參數(shù) 計算主要參數(shù)為剪切段剪切模量λ＝1.64GPa，峰值位移uc＝0.0109m，初始位移u0＝0.0091m，軟化系數(shù)φ＝0.78，含水量ζ＝0.05，滑體質(zhì)量M＝29328kg，剪切段傾角α1＝35°，蠕滑段傾角α2＝20°，后緣拉裂段長度hw＝0.01m，滑體容重γ＝24.92kN/m3，瞬時剪切模量G0＝40kPa，長期剪切模量G∞＝20kPa，黏彈性系數(shù)η1＝4.05×1011Pa·s，黏塑性系數(shù)η2＝2.887×1011Pa·s。
②步驟二擬合位移監(jiān)測數(shù)據(jù)得到位移時間關(guān)系 根據(jù)該滑坡3-3’剖面(如圖3所示)的大地變形監(jiān)測結(jié)果預(yù)測滑坡失穩(wěn)時間，前面三維穩(wěn)定性分析表明上層滑面處于極限平衡狀態(tài)，下層滑面處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，本節(jié)只計算上層滑面的失穩(wěn)時間。監(jiān)測結(jié)果得到的位移時間關(guān)系為 u＝2×10-37t5-8×10-30t4-6×10-23t3+8×10-16t2-4×10-9t+0.0091(5) 式中，位移單位為米(m)，時間單位為秒(s)。
③步驟三求解突滑時間及突滑速度 根據(jù)尖點突變理論的分叉集方程，得到了滑坡突滑時間的計算公式，同時根據(jù)能量轉(zhuǎn)化原理，導(dǎo)出了滑體突滑初速度的計算公式。
按加固前的滑坡計算表明當(dāng)t＝169.6天時，滑坡將要突滑失穩(wěn)。通過本發(fā)明方法的計算表明如果不采取支擋加固措施，該滑坡可能要突滑失穩(wěn)造成嚴(yán)重損失。
(4)滑坡活動強度的智能預(yù)測 具體實施步驟如下 ①步驟一將滑坡進行離散化并確定各條塊的幾何參數(shù) 滑落體失穩(wěn)前如圖4(a)所示，將整個滑落體被分為十個條塊。其具體計算參數(shù)如下彈性模量E0＝15MPa，初速度vi，0＝0，摩擦系數(shù)f＝0.4，條塊初始寬度bi，0＝8.06m，計算時間步長Δt＝0.02s?；w被分為十個條塊，每個條塊的寬度均為8.06m，各條塊的面積分別為表4所示。
表4各條塊的面積 滑床各段的傾角為
②步驟二根據(jù)彈簧一滑塊模型求解各條塊的速度 其詳細計算方法為 a)求解各條塊的質(zhì)量； b)根據(jù)運動學(xué)公式，計算滑體突滑瞬間的條間力合突滑加速度； c)選取一個微小的時間步增量Δt，根據(jù)滑體在滑動過程保持連續(xù)不分離的條件求得t+Δt時刻滑塊的速度； d)根據(jù)彈性力學(xué)公式求解條塊變形，由后往前逐塊求解t+Δt時刻滑塊的條間力； e)根據(jù)運動學(xué)公式求得條塊在t+Δt時刻的加速度合摩擦阻力； f)重復(fù)步驟b)～e)直到各條塊的速度均為零，得到最后滑動時間和最大滑動距離。
③步驟三根據(jù)每一時刻的速度和變形繪制任意時刻的滑坡整體剖面圖。
計算結(jié)果表明當(dāng)t＝8.06s時滑坡停止滑動，滑體前緣最大滑移距離為42.3m，滑坡災(zāi)變過程變形如圖4(a)-4(c)所示。
可見，本發(fā)明所述方法能對多滑面滑坡三維安全系數(shù)進行求解，并能對滑坡災(zāi)變過程的活動強度定量預(yù)測。這些都是現(xiàn)有的滑坡時空預(yù)測方法所不能達到的。
權(quán)利要求
1.一種滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法，該方法通過計算機運行，包括如下步驟
1)選定待預(yù)測的具體滑坡，確定計算參數(shù)；
2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型；
3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測對單滑面滑坡或多滑面滑坡的滑坡三維安全系數(shù)進行計算，判斷安全系數(shù)是否大于1；當(dāng)安全系數(shù)小于或等于1時，再進入滑坡失穩(wěn)時間判斷；否則，程序結(jié)束；
4)滑坡失穩(wěn)狀態(tài)的智能預(yù)測采用分叉集方程判斷滑坡是否突滑失穩(wěn)；當(dāng)結(jié)果為否，則繼續(xù)采用飽和狀態(tài)的參數(shù)，計算滑坡三維安全系數(shù)；當(dāng)結(jié)果為是，則預(yù)測出滑坡失穩(wěn)時間；再進入滑坡活動強度預(yù)測；
5)滑坡活動強度的智能預(yù)測計算滑坡失穩(wěn)后的變形過程，輸出任意時刻的變形圖，直至滑坡結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法，其特征在于
1)選定具體待預(yù)測的滑坡，確定三維滑動面的產(chǎn)狀、孔隙水壓力大小以及滑面上巖土材料在天然和飽和狀態(tài)下的黏聚力c和內(nèi)摩擦角；對三維滑體進行離散化，根據(jù)滑面上剪切力方向與滑動面傾向相反近似確定每個離散塊體的滑動方向；根據(jù)滑動面貫通率現(xiàn)場測量滑動面剪切段和蠕滑段的長度，確定滑面上材料西原體流變模型參數(shù)；
2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型將三維滑體離散為豎直條柱，確定離散條柱的滑動方向，從而確定滑坡時間預(yù)測的二維剖面；
3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測
對于單滑面滑坡，由極限平衡法求解二維滑面上正應(yīng)力分布函數(shù)，根據(jù)三維滑體3個方向上力的平衡和繞3個坐標(biāo)軸的力矩平衡得到安全系數(shù)Fs；
對于多滑面滑坡，采用極限分析上限法求解安全系數(shù)；
4)滑坡失穩(wěn)時間的智能預(yù)測
由滑坡位移實測數(shù)據(jù)擬合得到滑坡位移隨時間變化多項式為
u＝u(0)+h1t+h2t2+h3t3+h4t4+h5t5
式中，u(0)為t＝0時刻的初始水平位移，參數(shù)h1，h2，h3，h4，h5為時間變量t不同次方項前的常系數(shù)，通過擬合實測數(shù)據(jù)得到；
將步驟1)確定的滑面介質(zhì)西原體流變參數(shù)輸入尖點突變理論的分叉集方程4p3+27q2＝0，得到滑坡突滑時間，同時根據(jù)能量轉(zhuǎn)化原理，計算出滑體突滑初速度；
5)滑坡活動強度的智能預(yù)測將滑體進行垂直條分離散化，得到每一條塊的寬度、面積和彈性模量，計算滑落體活動過程任意時刻的變形、速度和滑動距離，直至滑坡結(jié)束。
3.如權(quán)利要求2所述的滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的智能方法，其特征在于
所述預(yù)測方法的第2)步所建立的三維滑體幾何模型中的豎直條柱底滑面上的滑動方向各不相同，每個條柱的滑動方向定義為條柱底滑面傾角的反向，其滑動方向單位矢量為
式中，S為滑動方向單位矢量；θ為條柱底滑面相鄰兩條邊的夾角；αx和αy分別為底滑面兩邊與坐標(biāo)軸的夾角；α為滑面傾向與條柱底邊的夾角；
所述預(yù)測方法的第3)步中三維滑體被垂直離散為m行和n列條柱，每個條柱按所在的行號i和列號j定義為(i，j)；
所述預(yù)測方法的第4)步中滑坡失穩(wěn)時間預(yù)測以突變理論的分叉集方程作為判別條件，其判別條件為方程4p3+27q2＝0有正實根，式中p和q為控制變量；
所述預(yù)測方法第5)步中滑落體運動軌跡預(yù)測首先將滑體視為彈性滑塊，滑塊之間通過彈簧傳遞下滑力和抗滑力，同時滑塊在下滑力和抗滑力等荷載作用下將發(fā)生彈性變形，然后根據(jù)能量守恒求解滑塊的變形和速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑坡災(zāi)變過程進行時空預(yù)測的智能方法。該方法通過計算機運行，包括如下步驟1)選定待預(yù)測的具體滑坡，確定計算參數(shù)；2)建立滑坡智能預(yù)測的幾何模型；3)對滑坡三維穩(wěn)定性的智能預(yù)測；4)滑坡失穩(wěn)狀態(tài)的智能預(yù)測；5)滑坡活動強度的智能預(yù)測計算滑坡失穩(wěn)后的變形過程，輸出任意時刻的變形圖，直至滑坡結(jié)束。本發(fā)明的工作量較現(xiàn)有方法大大減少，提高了精度，同時簡化了滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的判斷方法，使滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測更加方便和可靠，增強了滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測的可操作性。因此本發(fā)明是一種簡單、直觀、經(jīng)濟和高效的滑坡災(zāi)變過程時空預(yù)測方法。
文檔編號G06T17/00GK101216955SQ200810069230
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者周小平, 楊海清 申請人:重慶大學(xué)