[发明专利]一种考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法

权利要求书

1.一种考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在分析模块中对待评估的边坡建立一个初始边坡稳定性分析模型，并计算其安全系数和临界滑动面；

步骤2，根据实际边坡勘察钻孔数据，估计边坡地层边界的埋深变化及不确定性；

步骤3，根据步骤2得到的统计信息，利用随机场理论模拟边坡地层边界的不确定性，生成数量为N的模拟边界；

步骤4，根据边坡形状和地层出露特征，局部修正模拟的地层边界，使之符合边坡地层实际情况；

步骤5，将修正后的模拟地层边界依次导入步骤1中的初始边坡稳定性分析模型，生成N个考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析模型；

步骤6，利用批处理求解步骤5生成的边坡稳定性分析模型的安全系数Fs和临界滑动面；

步骤7，对步骤6获得的N个安全系数Fs进行统计分析，评价边坡的稳定性。

2.根据权利要求1所述的考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述分析模块为GeoStudio的SLOPE/W模块。

3.根据权利要求2所述的考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法，其特征在于，在步骤2中，从钻孔测井中获得地层边界测量数据，利用贝叶斯压缩采样方法推断未钻孔位置的地层边界的最佳深度值，并提供稀疏测量数据引起的相关统计不确定性。

4.根据权利要求3所述的考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法，其特征在于，步骤2具体包括如下子步骤：

步骤2.1，从每段钻孔记录中提取同一地层的埋深或高程，将其存储于一个长为M(即钻孔数量)的列向量y；

步骤2.2，将钻孔位置保存于一个列向量l；

步骤2.3，将待测地层边界用N个存储于向量f的离散点表示，并将其表达成一组基函数的加权求和形式

f＝Bω_s

式中，f为待测的边界埋深或者高程，B是一个N×N的固定的正交矩阵，B的每一列代表一个预先指定的基函数，例如小波函数；ω_s是一个长度为N的权重向量，ω_s的每个元素代表与B对应列或基函数相关联的一个权重系数；

步骤2.4，根据已知钻孔的位置l和边界信息y以及f中离散点的个数和位置，利用单位矩阵构造一个位置矩阵Ψ，使之能反映采样点(即钻孔位置)在待测边界向量f中的位置；

步骤2.5，利用钻孔数据y推断权重向量ω_s，根据贝叶斯公式，推断ω_s服从多元学生分布，其均值和协方差计算如下：

式中，H＝(A^TA+D)^-1，A为M×N矩阵且满足A＝ΨB；D为对角矩阵，对角元素且c和d为非负常数，α_i可以通过使观测数据y的似然概率最大而估计得到；C^-1＝(I+AD^-1A^T)^-1，其中I为M×M的单位矩阵；

步骤2.6，计算地层f的平均值和协方差

均值表示地层边界沿水平方向的空间变异性，协方差矩阵的对角元素表示均值统计不确定性，非对角元素则表示地层边界沿水平方向在两个不同位置上的相关性。

5.根据权利要求4所述的考虑地层边界不确定性的边坡稳定性分析方法，其特征在于，在步骤3中，根据估计的地层边界统计，利用蒙特卡洛模拟为下伏地层边界生成大量的随机场样本。