[发明专利]一种基于有限元和贝叶斯克里金的边坡变形场重构方法

说明书

本发明公开一种基于有限元和贝叶斯克里金的边坡变形场重构方法，包括：得到边坡的实测位移分布；根据边坡地形地质信息，建立三维有限元模型；基于实测位移和优化算法，进行岩土体本构模型的参数反演分析获得的本构模型参数，进行三维有限元模拟得到边坡的变形场；计算实测位移与有限元模拟值之间的残差；对残差进行分析和检验；计算残差的实验半方差值，拟合得到残差半方差函数；计算有限元模拟值在监测点的半方差值，得到有限元模拟半方差函数；计算插值点权重系数；基于插值点权重系数，利用贝叶斯克里金插值方法得到基于有限元和贝叶斯克里金的边坡位移场。本发明所得边坡位移场较仅使用有限元模拟或普通克里金插值方法的精度均有显著提高。

技术领域

本发明涉及水利工程及岩土工程技术领域，特别涉及一种基于有限元和贝叶斯克里金的边坡变形场重构方法。

背景技术

山体滑坡是世界上最常见的地质灾害之一，其诱因包括降雪、地震等自然因素，以及矿业、水库修建等人为因素。实时动态监控边坡的稳定性，开展对其变形场重构的研究有助于分析和预测滑坡变形趋势，促进对边坡的一体化管理。近年来，国内外学者从不同机制、不同维度，不同数据信息源出发，发展了很多重构边坡变形场的方法，但由于边坡变形存在高度的时空变异性，其空间分布受降雨、水位变化等环境因子影响较大，其变形场精度有待进一步的提高。

基于监测数据和物理机制是两类目前较为成熟且广泛应用的边坡变形场重构方法。基于监测数据进行空间插值，是根据已有监测点的数据来估计未监测点的变形，从而绘制出变形等值线，得到整体变形场。但在实际工程中，由于监测点数量和布置受施工和外部因素的影响，普通插值技术很难在测量稀疏的区域提供可靠的预测，其精度受到很大限制。基于物理机制进行有限元模拟，是工程中常用的方法，可以得到边坡整体变形场。但由于影响边坡变形的外界因素复杂，边坡计算的本构模型及其参数都难以确定，有限元模拟结果只能提供一些规律性的描述，无法描述真实的变形场。监测数据可以反应边坡真实变形情况，精度较高，但测点在空间上离散，且传统插值技术精度有限；有限元方法可以模拟变形场空间分布，但模拟误差不可控，由此可以看出，更准确的变形场重构方法应该是将这两种方法结合起来。但由于两种方法机制不同，数据精度和时空分辨率差异较大，目前尚缺乏有效进行基于两者数据融合的边坡变形场重构方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有限元和贝叶斯克里金的边坡变形场重构方法，该方法可以结合多源监测数据和有限元模拟结果二者的优势，在考虑无偏估计和最优估计的条件下进行数据融合，挖掘数据的空间关联性，提高重构边坡真实变形场的精度，是分析和预测滑坡变形趋势的有效手段。

基于上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于有限元和贝叶斯克里金的边坡变形场重构方法，包括以下步骤：

步骤S1.基于地质勘探获取边坡地形地质信息,基于所述边坡地形地质信息，建立三维有限元模型；

步骤S2.基于边坡内外部多种变形监测仪器和监测技术获取多源的原始监测数据；

步骤S3.基于所述多源的原始监测数据进行分析并得到不同方向上的实测位移；

步骤S4.利用实测位移和遗传算法，进行岩土体本构模型的参数反演分析并得到本构模型参数；

步骤S5.基于所述反演分析得到的本构模型参数进行三维有限元模拟得到边坡的变形场；

步骤S6.对有限元网格进行线性插值得到与实测值空间分辨率一致的栅格数据；

步骤S7.计算实测位移与有限元模拟值之间的残差；

步骤S8.对有限元模拟残差进行分析和检验并计算残差的实验半方差，通过常用的半方差函数模型进行拟合，得到残差的理论半方差函数；

步骤S9.计算有限元模拟值在各监测位置点的半方差值，得到其半方差函数；