[发明专利]基于遗传算法和离散元分析法的锚固边坡安全性评价方法

说明书

本发明提供了一种基于遗传算法和离散元分析法的锚固边坡安全性评价方法，主要包括以下步骤：基于现场勘察和仪器监测收集岩质锚固边坡的基础数据；基于离散元分析软件3DEC构建岩质锚固边坡分析计算模型；根据岩体蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变参数范围；基于遗传算法和岩质锚固边坡分析计算模型的响应确定岩质锚固边坡蠕变本构模型的最优参数；基于设定的分析时间，提取岩质锚固边坡的特征变量。根据特征变量的变化情况进行岩质锚固边坡长期安全性评价。本发明的有益效果是：可以有效提高岩质锚固边坡安全性评价的准确性和评价效率，该方法可以为岩质锚固边坡滑坡的演化机理研究与动态安全性评价提供有利条件。

技术领域

本发明涉及地质灾害防治领域，具体涉及水电站岩质锚固边坡的动态长期安全性的评价方法，尤其涉及一种基于遗传算法和离散元分析法的锚固边坡安全性评价方法。

背景技术

自一系列国家水电发展规划实施以来，我国西南地区兴建了一大批水利水电工程，随着这些工程的建设和运行，开展了大量的岩质高边坡治理工程，锚固结构作为边坡治理工程中最常用的手段之一被大量应用。因此形成了大量的岩质锚固边坡，这些边坡的长期安全性不仅关系着整个水电工程的运行，还严重关系着库区人民的生命和财产安全。在目前评价滑坡稳定性最常用的规范中仅仅是将锚固结构等效为均匀分布的一个力进行平衡计算，难以考虑到锚固结构和边坡的动态相互作用，同时目前规范对于边坡稳定性评价是一种静态的评价方法，对岩质锚固边坡的长期安全状态难以作出准确判断。

离散单元法(Discrete element method,DEM)是一种对存在结构面和节理的岩体进行应力分析的数值方法，在1971年Cundall率先提出。可模拟非连续岩体的大位移，接触面滑移、分离等现象，同时可以更加真实的反应出结构面和节理岩体内部变形以及应力分布情况。该方法以牛顿第二定律作为理论基础。可运用于刚体(Rigid Block)和可变形体(Deforma bleblock)的分析研究。3DEC是三维离散元程序(3Dimension distinct elementCode)的简称,是由美国ITASCA公司开发研究的成熟离散元数值模拟软件。不仅可以模拟存在不连续情况的工程案例，还可以模拟岩体在动态或静态荷载下的受力和变形情况，主要适用于大变形和转动的分析计算，不但可以自动判别块体间各接触点还能分析动态或静态荷载下介质受力以及变形情况。目前应用在了边坡评价、地下工程和层理、节理或断层等结构对岩石地基的影响等领域。然而，目前大多数分析均采用Mohr模型，没能考虑到岩体材料蠕变特性导致的其临界应变应变状态改变和强度劣化；同时对于蠕变参数的选择也是通过试算和试验导致确定参数效率低下，岩质锚固边坡分析计算模型的响应与实际监测数据还存在一定的差异。这两个不足导致了目前对岩质锚固边坡的演化机理和长期安全性评价等研究存在偏差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种遗传算法和离散元分析法的锚固边坡安全性评价方法，主要包括以下步骤：

S1：基于现场勘察和仪器监测收集岩质锚固边坡的基础数据；

S2：根据所述基础数据，基于离散元分析软件3DEC构建岩质锚固边坡分析计算模型；

S3：基于岩体蠕变试验确定蠕变本构模型和蠕变参数范围；

S4：在3DEC软件中将步骤S3确定的蠕变本构模型赋值给步骤S2中构建的岩质锚固边坡分析计算模型，将步骤S2确定的蠕变参数范围作为遗传算法的输入参数，将遗传算法和岩质锚固边坡分析计算模型的响应相结合，进行联合的迭代计算来确定岩质锚固边坡分析计算模型中蠕变本构模型的最优参数；

S5：将步骤S3中得到的蠕变本构模型和步骤S4中得到的岩质锚固边坡分析计算模型中蠕变本构模型的最优参数带入步骤S2中构建的岩质锚固边坡分析计算模型，基于设定的岩质锚固边坡分析时间，提取岩质锚固边坡的特征变量；

S6：根据特征变量的变化情况，进行岩质锚固边坡长期安全性评价。