一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法

摘要

本发明公开一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法，步骤包括：将粘聚力和内摩擦角定义为堆积体滑坡安全评价的盲信息参数；选取滑带土体样本进行直剪实验，获取各样本的盲信息数据，通过数据处理，分别得到粘聚力盲信息A和内摩擦角盲信息B的初步表达式；以梯形模糊数模拟、表征盲信息，利用α截集技术对梯形模糊数进行定量处理，分别得到粘聚力盲信息A、内摩擦角盲信息B的最终表达式；通过刚体极限平衡方法，构建滑坡安全评价的盲信息模型，得到安全系数的盲信息C的表达式C＝A*B；根据安全系数盲信息C的表达式对堆积体滑坡的安全性进行评价。本发明将盲信息理论与刚体极限平衡方法相结合，可为工程技术人员提供更为全面的滑坡失稳信息。

说明书

技术领域

本发明涉及一种堆积体滑坡安全评价方法，具体涉及一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法。

背景技术

在我国西南高山峡谷以及世界范围内分布着大量的堆积体滑坡，这类滑坡在人类或者自然活动中，灾害频发，给经济建设和人民正常生活带来严重危害，堆积体滑坡的安全性评价具有重要意义。

堆积体作为一种多元介质，一般由作为骨料的碎石、块石和黏土、砂土等充填成分组成，其力学特性复杂，结构具有强烈的不均匀性和随机性。相对于均质边坡，堆积体滑坡的力学参数的不确定性对滑坡的安全性评价影响特别突出。目前工程上对于滑坡的安全性评价主要采用确定性方法，确定性方法最终只能提供一个确定的安全系数，在实际的工程中，有可能出现在计算时被判定为稳定的边坡，实际中发生了失稳破坏的情况。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种新的堆积体滑坡安全评价方法,该方法能够弥补传统确定性方法的缺陷，为工程技术人员提供更为全面的滑坡失稳信息。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法，该方法充分考虑了计算参数的不确定性，能够为工程技术人员提供更为全面的滑坡失稳信息。

技术方案：本发明所述的一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法，包括如下步骤：

(1)将粘聚力和内摩擦角定义为堆积体滑坡安全评价的盲信息参数；

(2)选取滑带土体样本进行直剪实验，获取各样本的盲信息数据，通过数据处理，分别得到粘聚力盲信息A和内摩擦角盲信息B的初步表达式；

(3)以梯形模糊数模拟、表征盲信息，利用α截集技术对梯形模糊数进行定量处理，分别得到粘聚力盲信息A、内摩擦角盲信息B的最终表达式；

(4)通过刚体极限平衡方法，构建滑坡安全评价的盲信息模型，得到安全系数的 盲信息C的表达式C＝A*B；

(5)根据安全系数盲信息C的表达式对堆积体滑坡的安全性进行评价。

具体的，步骤(2)中，数据处理的方法为：剔除错误数据；采用层次聚类分析法，对剩余数据进行数据区段的划分，以各数据区段的数据量占剩余数据总量的百分比作为该区段的可信度。

上述步骤(3)中，以梯形模糊数模拟、表征盲信息的方法为：计算各数据区段内数据的均值E(x)，方差δ(x)，取a＝E(x)-k1δ(x)、d＝E(x)+k1δ(x)分别作为梯形模糊数的上下限，取b＝E(x)-k2δ(x)、c＝E(x)+k2δ(x)分别作为梯形模糊数的最可能值。

上述步骤(4)中，安全系数盲信息C的表达式为：

$C=A*B=\left\{\right[A_i^{\alpha },A_n^{\alpha }],f^{\alpha }\left(x\right)\}+\left\{\right[B_i^{\alpha },B_n^{\alpha }],g^{\alpha }\left(y\right)\}=\left\{\right[A_i^{\alpha }+B_i^{\alpha },A_n^{\alpha }+B_n^{\alpha }],h^{\alpha }\left(z\right)\};$

h^α(z)＝f^α(x).g^α(y)；

其中，为盲信息A经α截集技术处理后与α值相对应的区间数，f^α(x)为盲信息A的可信度；为盲信息B经过α截集技术处理后与α值相对应的区间数，g^α(y)为盲信息B的可信度；h^α(z)为计算得到的盲信息C的可信度；*为盲信息的加减乘除运算。

上述步骤(5)中，根据边坡安全规范，得出天然工况下堆积体滑坡允许的安全系数，结合安全系数盲信息C的表达式，计算滑坡低于允许安全系数的概率，该概率表征滑坡的失稳安全性。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过将盲信息理论与刚体极限平衡方法相结合，应用于岩土工程中滑坡安全评价数值计算领域，一方面综合考虑了堆积体这种岩土体材料结构强烈的不均匀性和随机性的特点，能够充分反映堆积体这种多元介质材料参数的不确定性；另一方面弥补了采用传统确定性方法进行安全性评价时产生的安全系数单一的缺点，能够为工程技术人员提供更为全面的滑坡失稳信息，为滑坡安全性评价提供了新的思路，具有较强的工程意义。

附图说明

图1为本发明基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法的简要流程图；

图2为实施例中堆积体滑坡的典型剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1，本发明的一种基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法，包括如下步骤：

(1)将粘聚力和内摩擦角定义为堆积体滑坡安全评价的盲信息参数；

粘聚力和内摩擦角是影响堆积体滑坡安全性的两个主要指标。

(2)选取滑带土体样本进行直剪实验，获取各样本的盲信息数据，通过数据处理，分别得到粘聚力盲信息A和内摩擦角盲信息B的初步表达式；

数据处理包括：剔除错误数据；然后采用层次聚类分析法，对剩余数据进行数据区段的划分，以各数据区段的数据量占剩余数据总量的百分比作为该区段的可信度；

(3)以梯形模糊数模拟、表征盲信息，利用α截集技术对梯形模糊数进行定量处理，分别得到粘聚力盲信息A、内摩擦角盲信息B的最终表达式；

其中，以梯形模糊数模拟、表征盲信息的方法为：计算各数据区段内数据的均值E(x)，方差δ(x)，然后取a＝E(x)-k1δ(x)、d＝E(x)+k1δ(x)分别作为梯形模糊数的上下限，取b＝E(x)-k2δ(x)、c＝E(x)+k2δ(x)分别作为梯形模糊数的最可能值。

(4)通过刚体极限平衡方法，构建滑坡安全评价的盲信息模型，得到安全系数的盲信息C的表达式C＝A*B；

安全系数盲信息C的表达式为：

$C=A*B=\left\{\right[A_i^{\alpha },A_n^{\alpha }],f^{\alpha }\left(x\right)\}+\left\{\right[B_i^{\alpha },B_n^{\alpha }],g^{\alpha }\left(y\right)\}=\left\{\right[A_i^{\alpha }+B_i^{\alpha },A_n^{\alpha }+B_n^{\alpha }],h^{\alpha }\left(z\right)\};$

h^α(z)＝f^α(x).g^α(y)；

其中，表示盲信息A经α截集技术处理后与α值相对应的区间数，f^α(x)表示盲信息A的可信度；表示盲信息B经过α截集技术处理后与α值相对应的区间数，g^α(y)表示盲信息B的可信度；h^α(z)表示计算后得到的盲信息C的可信度；*代表盲信息的加减乘除运算。

(5)根据安全系数盲信息C的表达式对堆积体滑坡的安全性进行评价。

具体的，根据边坡安全规范，得出天然工况下堆积体滑坡允许的安全系数，结合安 全系数盲信息C的表达式，计算滑坡低于允许安全系数的概率，该概率表征滑坡的失稳安全性。

本发明通过将盲信息理论与刚体极限平衡方法相结合，应用于岩土工程中滑坡安全评价数值计算领域，一方面综合考虑了堆积体这种岩土体材料结构强烈的不均匀性和随机性的特点，能够充分反映堆积体这种多元介质材料参数的不确定性；另一方面弥补了采用传统确定性方法进行安全性评价时产生的安全系数单一的缺点，能够为工程技术人员提供更为全面的滑坡失稳信息，为滑坡安全性评价提供了新的思路，具有较强的工程意义。

实施例

下面以某水电站坝前堆积体滑坡为例，对本发明的基于盲信息的堆积体滑坡安全评价方法进行说明。

某水电站坝前堆积体滑坡由砂土构成，充填碎石，块石，充填物为变质砂岩，板岩。地质勘探表明，堆积体稳定性控制层为滑带土层，失稳破坏模式主要为沿着底滑面的整体滑移；滑坡典型剖面图如图2。

依据本发明方法，该滑坡的安全性评价步骤为：

(1)滑坡安全评价盲信息参数的定义：将影响堆积体滑坡安全性的两个主要指标粘聚力和内摩擦角定义为盲信息。

(2)堆积体力学参数实验数据的处理：

在现场钻孔选取不同部位的滑带土体样本，进行室内直剪实验，记录各样本对应的粘聚力和内摩擦角数据，本次实验总共进行了35组滑带土的剪切实验，剔除实验数据有错误的5组，剩余的30组实验数据为有效数据；采用层次聚类分析法，分别对两个盲信息的有效数据进行数据区段的划分，以各数据区段内数据量占总数据量的百分比作为该区段的可信度，得到盲信息的初步表达式，如下：

①内摩擦角的盲信息初步表达式为：

$f\left(c\right)=\left(\begin{array}{cc}0.15& [14.8-18.2]\\ 0.65& [19.6-27.2]\\ 0.20& [28.0-31.2]\end{array}\right)$

可以看出，内摩擦角在14.8～18.2kPa之间的可信度为0.15，在19.6～27.2kPa之间的 可信度为0.65，在28.0～31.2kPa之间的可信度为0.20。

②粘聚力的盲信息初步表达式：

可以看出，粘聚力在20.4°～25.3°之间的可信度为0.20，在26.3°～35.2°之间的可信度为0.55，在33.0°～36.5°之间的可信度为0.25。

(3)梯形模糊参数的计算：以梯形模糊数分别模拟、表征内摩擦角和粘聚力，利用α截集技术对梯形模糊数进行定量处理，得到盲信息的最终表达式。结合工程实际情况，本算例中取α＝0.7的截集水平进行计算，得到内摩擦角和粘聚力的盲信息最终表达式如下：

①内摩擦角的盲信息最终表达式：

$f^{\alpha }\left(c\right)=\left(\begin{array}{cc}0.15& [15.2-17.0]\\ 0.65& [21.6-26.3]\\ 0.20& [28.4-30.7]\end{array}\right)$

②粘聚力的盲信息最终表达式：

(4)盲信息的运算及滑坡安全系数盲信息表达式的求解：按照盲信息的运算规则计算安全系数的盲信息表达式。为了能够尽可能的减少计算量，对计算结果进行适当的合并，得到安全系数的盲信息表达式。对于本实施例的整体滑移模式，安全系数的盲信息表达式为：

$Fs=\left(\begin{array}{cc}0.12& [0.82-1.09]\\ 0.10& [1.10-1.20]\\ 0.48& [1.21-1.34]\\ 0.30& [1.35-1.52]\end{array}\right)$

由上式可知，安全系数在0.82-1.09之间的可能性为12％，在1.10-1.20之间的可能性为10％，其余依次类推。

(5)滑坡失稳安全性评价：根据边坡安全规范，在天然工况下边坡允许的安全系 数为1.25，因此可以计算此实施例中安全系数低于1.25的概率为：34％，存在一定的失稳风险。

该结果不仅充分考虑了堆积体材料的不均匀性，而且这样安全系数的表达式比较全面地反映了在各个不同的取值区间的可能性，避免了由于参数取值单一而造成的计算安全系数时的偏差，能够为工程提供全面的滑坡失稳参考信息，对后续滑坡预警以及治理具有重要意义。