技术领域
[0001] 本发明涉及边坡稳定性分析技术领域，具体而言，涉及一种边坡溃屈破坏程度预测方法、装置、设备及可读取介质。
相关背景技术
[0002] 在高寒高烈度地区，溃屈破坏往往是陡倾边坡最主要的破坏方式，这种破坏方式通常为坡体后缘滑移，坡体前沿的坡脚受阻而发生的破坏模式。对溃屈破坏程度的研究可以对边坡岩体的破坏程度有一个等级的划分，对施工和防护工程有一定的指导意义。但是在现有的溃屈破坏的研究中，往往只是通过计算最表层的岩体是否发生破坏，而判断边坡的稳定性，并不能准确预测出溃屈破坏的程度。现需要一种通过第一层岩体的预测溃屈段长度进行循环计算得到所有层数岩体的变形曲线，进而得到陡倾边坡在遭受地震和冻融耦合情况下的预测破坏层数和预测开裂层数。
具体实施方式
[0012] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0013] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0014] 实施例1：本实施例提供了一种边坡溃屈破坏程度预测方法。
[0015] 参见图1，图中示出了本方法包括步骤S100、步骤S200、步骤S300和步骤S400。
[0016] 步骤S100、获取边坡岩层地质信息和自然灾害信息，自然灾害信息包括最大地震系数和最大冻结温度差。
[0017] 可以理解的是，在本步骤中，边坡岩层地质信息通过岩层勘察得到，包括了岩层层数、岩层长度、岩层层厚、边坡角、重度、弹性模量、裂缝张开度、主控结构面尖端半径等，通过最大地震系数和最大冻结温度差可以预测高寒高烈度地区条件下边坡的破坏程度，为边坡的加固有指导意义，通过对坡岩层地质信息和自然灾害信息进行存储和上传，便于后续的处理。
[0018] 步骤S200、根据边坡岩层地质信息边坡岩层地质信息和自然灾害信息计算得到第一长度，第一长度为边坡岩层中第一层岩体的预测溃屈段长度。
[0019] 可以理解的是，在本步骤中，通过考虑边坡在遭遇当前地区最大地震力和冻胀力的情况，建立地震‑冻融耦合作用下的力学模型，根据边坡在临界失稳状态下的受力情况，求得第一层岩层发生溃屈破坏时溃屈段的长度。需要说明的是，步骤S200包括步骤S210、步骤S220、步骤S230和步骤S240。
[0020] 步骤S210、根据边坡岩层地质信息和最大地震系数计算得到地震力。
[0021] 可以理解的是，在本步骤中，通过以下公式求得第一层岩体受到的地震力：；
；
其中，Ph1为水平地震力，Pv1为竖直地震力，kh为水平加速度系数，kv为竖直加速度系数，W为滑坡体重量。
[0022] 步骤S220、根据边坡岩层地质信息和最大冻结温度差计算得到冻胀力。
[0023] 可以理解的是，在本步骤中，通过以下公式求得岩体受到的冻胀力：；
其中，S1为冰胀力，k为水结冰的体积膨胀系数；∆t为冻结温度差，E为弹性模量，μ为泊比，b为裂缝张开度，R为主控结构面尖端半径，C1为冰胀深度。
[0024] 步骤S230、根据边坡岩层地质信息、地震力和冻胀力计算得到滑移作用力和溃屈失稳临界载荷。
[0025] 可以理解的是，在本步骤中，通过陡倾边坡力学模型可以推导出以下公式求得滑移作用力和溃屈失稳临界载荷：；
；
；
其中，P为滑移作用力，Pcr1为溃屈失稳临界载荷，f2为边坡滑动段受到的摩阻力，c为黏聚力，W为滑坡体的重量,L为岩层长度，l为第一长度，α为坡面的倾角，β为裂缝与层面的夹角，φ为内摩擦角，S1为冰胀力，Ph1为水平地震力，Pv1为竖直地震力，E为弹性模量，I为截面惯性矩，q为重力均布荷载。
[0026] 步骤S240、根据滑移作用力和溃屈失稳临界载荷计算得到第一长度。
[0027] 可以理解的是，在本步骤中，根据陡倾边坡力学模型进行分析，若P小于Pcr1，则边坡稳定，不发生溃屈破坏；若P大于等于Pcr1，则边坡失稳，发生溃屈破坏。令滑移作用力等于溃屈失稳临界载荷，通过联列方程，可以计算得到第一长度，计算公式如下：；
；
；
；
其中，l为第一长度，A为冻胀影响系数，B为自重影响系数，C为材料影响系数，E为弹性模量，I为截面惯性矩，q为重力均布荷载，α为坡面的倾角，β为裂缝与层面的夹角，φ为内摩擦角，S1为冰胀力，Ph1为水平地震力，Pv1为竖直地震力。
[0028] 步骤S300、将边坡岩层地质信息、自然灾害信息和第一长度输入至预设的滑移长度数学模型计算得到溃屈段长度集合，溃屈段长度集合包括边坡岩层中每一层岩层对应的预测溃屈段长度。
[0029] 可以理解的是，在本步骤中，通过计算得到的第一长度，逐层判断每一层岩层的变形情况，计算得到每一层岩层对应的溃屈段长度。需要说明的是，步骤S300包括步骤S310、步骤S320、步骤S330和步骤S340。
[0030] 步骤S310、根据边坡岩层地质信息、自然灾害信息、第一长度和预设的溃屈破坏弹性变形公式计算得到第一变形曲线。
[0031] 可以理解的是，本步骤中，根据第一层岩层的预测溃屈段长度，根据以下溃曲破坏时弹性变形曲线公式绘制出第一层变形曲线：；
；
；
；
其中，x为水平位移，y为竖直位移，A1为变形幅值，N为轴向力，f1为层面受到的单位摩阻力，q为重力均布荷载，α为坡面的倾角，β为裂缝与层面的夹角，φ为内摩擦角，S1为冰胀力，Ph1为水平地震力，Pv1为竖直地震力，C1为冰胀深度，c为黏聚力，E为弹性模量，I为截面惯性矩，P为滑移作用力，h为岩层层厚。
[0032] 步骤S320、对第一长度进行递减取值并循环计算得到第二变形曲线集合。
[0033] 可以理解的是，在本步骤中，首先判断是否失稳，不同的是在计算第二层的自重时，将第一层的滑移段附加到第二层上，将第二层岩层的溃屈长度进行1m至第一长度的数值的进行取值循环计算出各条曲线，得到第二变形曲线集合。
[0034] 步骤S330、基于距离最近原则对第一变形曲线和变形曲线集合进行变形曲线之间的距离计算，筛选出与第一变形曲线距离最近的第二变形曲线，并根据第二变形曲线计算得到第二长度，第二长度为边坡岩层中第二层的岩体的预测溃屈段长度，第二长度小于第一长度。
[0035] 可以理解的是，在本步骤中通过取所有曲线中小于第一层变形曲线且最接近的上一层的作为对应层预测变形曲线，该曲线对应的溃屈段长度取值即为预测溃屈段长度。根据需要说明的是，步骤S330包括步骤S331、步骤S332和步骤S333。
[0036] 步骤S331、基于等距取值方法对第一变形曲线和变形曲线集合内的所有变形曲线进行取点。
[0037] 可以理解的是，在本步骤中通过等距取点的方式，得到所有曲线对应水平位移下的坐标数据。
[0038] 步骤S332、分别将第一曲线上的点与所有变形曲线上对应的点计算距离，得到距离矩阵。
[0039] 可以理解的是，本步骤中距离矩阵第一列为水平位移值，其余列为所有变形曲线对应水平位移上的竖直位移与第一曲线竖直位移的差值。
[0040] 步骤S333、根据距离矩阵计算得到距离平均数集合，将距离平均数集合内最小平均数对应的变形曲线作为距离最近的第一曲线的变形曲线，得到第二变形曲线。
[0041] 可以理解的是，本步骤中通过以距离矩阵中的平均值最小值确定最接近第一曲线的变形曲线。
[0042] 步骤S340、根据第一变形曲线、第二变形曲线和边坡岩层地质信息对其余岩层的变形曲线进行计算直至变形曲线的变化率为0，得到预测变形曲线集合并基于预测变形曲线集合得到溃屈段长度集合。
[0043] 可以理解的是，在本步骤中考虑到岩体变形可能有所差异，即深层岩体弯曲段可能与前一层岩体弯曲段有空隙，因此深化计算方法，不同的是在计算下一层岩层的自重时，将前面一层的滑移段附加到后一层上，所以取下一层的预测溃屈段长度值为1至上一层预测溃屈段长度值进行变形曲线图像的绘制，按照上述方法循环直到计算到第n层岩体的变形曲线为0或接近零，得到所有层的变形曲线集合，并根据每层变形曲线对应的预测溃屈段长度得到溃屈段长度集合。
[0044] 步骤S400、将边坡岩层地质信息、自然灾害信息和溃屈段长度集合输入至预设的溃屈破坏数学模型计算得到预测破坏层数和预测开裂层数。
[0045] 可以理解的是，本步骤通过溃屈段长度集合分析出每一层岩层的受力情况，判断得到岩层破坏层数和开裂层数。需要说明的是，步骤S400包括步骤S410、步骤420和步骤S430。
[0046] 步骤S410、根据边坡岩层地质信息、自然灾害信息和溃屈段长度集合计算得到滑移作用力集合、溃屈失稳临界载荷集合和溃屈开裂临界幅值。
[0047] 可以理解的是，本步骤通过溃屈段长度集合计算每一层的滑移力和溃屈失稳临界载荷，最后根据预设的溃曲破坏时弹性变形曲线得到溃屈开裂临界幅值，溃屈开裂临界幅值的计算公式如下：；
[0048] 其中，Acr为溃屈开裂临界幅值，l为溃屈段长度，E为弹性模量，h为岩层厚度，σt为抗拉强度设计值。
[0049] 步骤420、基于岩层从外到内的顺序依次将滑移作用力集合中每一层岩层受到的累加滑移作用力和对应层数岩层的溃屈临界载荷进行数值大小比较，得到预测破坏层数。
[0050] 可以理解的是，本步骤中若当前层岩层受到的累加滑移作用力大于溃屈临界载荷则说明该层受到破坏，从最外层依次往内计算直到岩层受力稳定可得到破坏层数，其中当前岩层受到的上层累加岩层自重可以通过以下公式求得：；
其中，Wn为累加岩层自重，γ为岩体重度，h为岩层层厚，n为岩层总层数，l1为第一层岩层的溃屈段长度，l2为第二层岩层的溃屈段长度，ln‑1为倒数第二层层数溃屈段长度，L为岩层长度。
[0051] 步骤430、基于预设的变形曲线幅值数学模型，对预测破坏层数范围内每层的岩体变形曲线幅值与溃屈开裂临界幅值进行数值大小比较，得到预测开裂层数。
[0052] 需要说明的是，本步骤通过比较每层岩层的曲线幅值变形曲线幅值与溃屈开裂临界幅值判断破坏层内岩层是否开裂。步骤S430包括步骤S431、步骤S432和步骤S433。
[0053] 步骤S431、基于溃屈破坏条件对根据预测破坏层数和滑移作用力集合进行计算得到第一弹性变形曲线集合，第一弹性变形曲线集合内包括至少一条弹性变形曲线及对应的第一曲线幅值。
[0054] 需要说明的是，考虑到岩层受到破坏不一定开裂，在本步骤中对预测破坏层数内的岩层进行分析，根据弹性变形曲线计算得到对应的曲线幅值。
[0055] 步骤S432、基于溃屈破坏条件对预测破坏层数内的每一层岩层进行溃屈开裂临界载荷计算，并转化为第二弹性变形曲线集合，第二弹性变形曲线集合内包括至少一条第二弹性变形曲线及对应的第二曲线幅值。
[0056] 需要说明的是，边坡受到溃屈破坏并岩层开裂时说明则表示当前岩层受到的滑移力大于溃屈开裂临界载荷，在本步骤中通过转化为弹性变形曲线的方式得到每层对应的溃屈开裂临界幅值。
[0057] 步骤S433、分别对第一弹性变形曲线集合和第二弹性变形曲线集合内相同层数的第一曲线幅值和第二曲线幅值进行数值大小比较，得到预测开裂层数。
[0058] 需要说明的是，本步骤通过判断溃屈破坏层数内每一层岩层对应的变形曲线幅值和溃屈开裂临界幅值大小，若变形曲线幅值大于溃屈开裂临界幅值，则表示该岩层开裂，反之这不开裂，最后统计得到预测开裂层数。
[0059] 实施例2：如图2所示，本实施例提供了一种边坡溃屈破坏程度预测装置，装置包括：
获取模块1，用于获取边坡岩层地质信息和自然灾害信息，自然灾害信息包括最大地震系数和最大冻结温度差。
[0060] 分析模块2，用于根据边坡岩层地质信息边坡岩层地质信息和自然灾害信息计算得到第一长度，第一长度为边坡岩层中第一层岩体的预测溃屈段长度。
[0061] 处理模块3，用于将边坡岩层地质信息、自然灾害信息和第一长度输入至预设的滑移长度数学模型计算得到溃屈段长度集合，溃屈段长度集合包括边坡岩层中每一层岩层对应的预测溃屈段长度。
[0062] 输出模块4，用于将边坡岩层地质信息、自然灾害信息和溃屈段长度集合输入至预设的溃屈破坏数学模型计算得到预测破坏层数和预测开裂层数。
[0063] 在本公开的一种具体实施方式中，分析模块2包括：第一计算单元21，用于根据边坡岩层地质信息和最大地震系数计算得到地震力。
[0064] 第二计算单元22，用于根据边坡岩层地质信息和最大冻结温度差计算得到冻胀力。
[0065] 第三计算单元23，用于根据边坡岩层地质信息、地震力和冻胀力计算得到滑移作用力和溃屈失稳临界载荷。
[0066] 第四计算单元24，用于根据滑移作用力和溃屈失稳临界载荷计算得到第一长度。
[0067] 在本公开的一种具体实施方式中，处理模块3包括：第五计算单元31，用于根据边坡岩层地质信息、自然灾害信息、第一长度和预设的溃屈破坏弹性变形公式计算得到第一变形曲线。
[0068] 第六计算单元32，用于对第一长度进行递减取值并循环计算得到第二变形曲线集合。
[0069] 第一处理单元33，基于距离最近原则对第一变形曲线和变形曲线集合进行变形曲线之间的距离计算，筛选出与第一变形曲线距离最近的第二变形曲线，并根据第二变形曲线计算得到第二长度，第二长度为边坡岩层中第二层的岩体的预测溃屈段长度，第二长度小于第一长度。
[0070] 第二处理单元34，用于根据第一变形曲线、第二变形曲线和边坡岩层地质信息对其余岩层的变形曲线进行计算直至变形曲线的变化率为0，得到预测变形曲线集合并基于预测变形曲线集合得到溃屈段长度集合。
[0071] 在本公开的一种具体实施方式中，第一处理单元33包括：第三处理单元331，基于等距取值方法对第一变形曲线和变形曲线集合内的所有变形曲线进行取点。
[0072] 第七计算单元332，用于分别将第一曲线上的点与所有变形曲线上对应的点计算距离，得到距离矩阵。
[0073] 第四处理单元333，用于根据距离矩阵计算得到距离平均数集合，将距离平均数集合内最小平均数对应的变形曲线作为距离最近的第一曲线的变形曲线，得到第二变形曲线。
[0074] 在本公开的一种具体实施方式中，输出模块4包括：第八计算单元41，根据边坡岩层地质信息、自然灾害信息和溃屈段长度集合计算得到滑移作用力集合、溃屈失稳临界载荷集合和溃屈开裂临界幅值。
[0075] 第五处理单元42，基于预设的变形曲线幅值数学模型，对预测破坏层数范围内每层的岩体变形曲线幅值与溃屈开裂临界幅值进行数值大小比较，得到预测开裂层数。
[0076] 第九计算单元43，基于预设的变形曲线幅值数学模型，对预测破坏层数范围内每层的岩体变形曲线幅值进行计算，得到预测开裂层数。
[0077] 在本公开的一种具体实施方式中，第九计算单元43包括：第六处理单元431，基于溃屈破坏条件对根据预测破坏层数和滑移作用力集合进行计算得到第一弹性变形曲线集合，第一弹性变形曲线集合内包括至少一条弹性变形曲线及对应的第一曲线幅值。
[0078] 第七处理单元432，基于溃屈破坏条件对预测破坏层数内的每一层岩层进行溃屈开裂临界载荷计算，并转化为第二弹性变形曲线集合，第二弹性变形曲线集合内包括至少一条第二弹性变形曲线及对应的第二曲线幅值。
[0079] 第十计算单元433，用于分别对第一弹性变形曲线集合和第二弹性变形曲线集合内相同层数的第一曲线幅值和第二曲线幅值进行数值大小比较，得到预测开裂层数。
[0080] 实施例3：相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种边坡溃屈破坏程度预测设
备，下文描述的一种边坡溃屈破坏程度预测设备与上文描述的一种边坡溃屈破坏程度预测方法可相互对应参照。
[0081] 图3是根据示例性实施例示出的一种边坡溃屈破坏程度预测设备800的框图。如图3所示，该边坡溃屈破坏程度预测设备800可以包括：处理器801，存储器802。该边坡溃屈破坏程度预测设备800还可以包括多媒体组件803， I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
[0082] 其中，处理器801用于控制该边坡溃屈破坏程度预测设备800的整体操作，以完成上述的边坡溃屈破坏程度预测方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该边坡溃屈破坏程度预测设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该边坡溃屈破坏程度预测设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read‑Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read‑Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read‑Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read‑Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该边坡溃屈破坏程度预测设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi‑Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi‑Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
[0083] 在一示例性实施例中，边坡溃屈破坏程度预测设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的边坡溃屈破坏程度预测方法。
[0084] 在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的边坡溃屈破坏程度预测方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由边坡溃屈破坏程度预测设备800的处理器801执行以完成上述的边坡溃屈破坏程度预测方法。
[0085] 实施例4：相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种边坡溃屈破坏程度预测方法可相互对应参照。
[0086] 一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的边坡溃屈破坏程度预测方法的步骤。
[0087] 该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
[0088] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0089] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
