[发明专利]高土石不过水围堰边坡失稳风险率检测方法

摘要

本发明涉及水利水电工程施工导流风险分析技术，其针对传统技术中对高土石不过水围堰边坡失稳风险率检测的不足之处，提出一种高土石不过水围堰边坡失稳风险率检测方法。(1)综合考虑水文、水力与填筑土石料力学参数随机性，构建了基于安全系数的高土石不过水围堰边坡失稳风险数学模型；(2)采用Monte‑Carlo方法耦合各随机性因素推求围堰前最高水位概率分布；(3)采用分层‑LHS抽样方法获取填筑土石料随机参数样本以提高抽样效率；(4)利用K‑S检验原理判断边坡安全系数的可接受的分布类型；(5)采用拟合优度指标确定最优概率分布，计算风险率。本发明适用于水利水电工程施工导流风险决策。

主权项

1.高土石不过水围堰边坡失稳风险率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a.构建基于安全系数的高土石不过水围堰边坡失稳风险数学模型；b.采用Monte-Carlo方法耦合各随机性因素推求围堰前最高水位概率分布；c.采用分层-LHS抽样方法获取填筑土石料随机参数样本；d.利用K-S检验原理判断边坡安全系数的可接受的分布类型；e.采用拟合优度指标确定最优概率分布；f.进行高土石不过水围堰边坡失稳风险率求解计算；步骤a中，所述构建基于安全系数的高土石不过水围堰边坡失稳风险数学模型的具体方法包括：考虑汛期土石围堰堰前最高洪水位和围堰填筑土石料参数对边坡稳定的影响，则围堰边坡稳定安全系数为：式中：h、c分别为堰前最高水位、填筑土石料的内摩擦角、凝聚力；将围堰边坡失稳看作某定水位H条件下的随机事件，若c服从一定分布规律，则安全系数也服从一定概率分布f(KH)，堰前水位为H时基于安全系数的围堰边坡失稳风险模型为： R ( H ) = ∫ 0 K G f ( K H ) dK H ]]>式中：KG可根据相关规范中安全系数的要求选取；当KG＝1时为基于极限平衡状态的风险计算模型；考虑最低分析水位H0至堰顶高程HW区间的最高洪水位导致的边坡滑动失稳事件的可能性，构建基于安全系数的高土石不过水围堰边坡失稳风险数学模型为： R B = ∫ H 0 H W R ( H ) f ( H ) d H ]]>式中：f(H)为堰前最高洪水位概率密度函数；将堰前水位分布曲线在区域[H0,HW]内划分为N段区间，运用离散化数值积分方法将上述风险计算模型公式转化为： R B = ∫ H 0 H W R ( H ) f ( H ) d H = Σ i = 1 N ΔF i ( h ) R i ( H ) ‾ ]]>式中：ΔFi(h)为堰前最高洪水位落在第i段区间的概率，为堰前最高洪水位处于第i段区间时，围堰边坡失稳的条件概率平均值；步骤f中，进行高土石不过水围堰边坡失稳风险率求解计算的方法包括：(1)输入围堰几何形状参数、填筑土石料的相关统计参数值与概率分布类型模型计算参数；(2)采用分层-LHS方法原理抽取计算机模拟所需填筑土石料参数随机数样本，设样本量为M，再进行随机配对确定样本组合(3)采用二维渗流有限元方法，得到相应堰前水位H的围堰堰体浸润线；(4)仿真计算每组样本对应最不利滑动面以及上、下游边坡稳定最小安全系数KUH(j),KDH(j)，j＝1,2…M；(5)观察安全系数KUH(j),KDH(j)，j＝1,2…M直方图，确定其可能服从的概率分布类型，基于K-S检验法与拟合优度指标判别法确定最优概率分布f(KUH)与f(KDH)；(6)由最优概率分布f(KUH)与f(KDH)，计算堰前水位为H时的围堰边坡失稳风险率RU(H)与RD(H)。