一种边坡损伤演化评价方法、系统、设备及可读存储介质

本发明涉及边坡局部稳定性，具体而言，涉及一种边坡损伤演化评价方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术：

1、岩质边坡内部或者后缘存在着裂缝，后缘裂缝的扩展将改变边坡的稳定性，现有的边坡稳定性计算方法中，并未考虑裂缝的扩展对边坡稳定性的影响。岩石断裂力学指出当裂缝尖端的应力强度因子大于岩石的断裂韧性指标时，裂缝将快速扩展。当外界持续的输入能量，使得裂缝扩展，造成岩体的损伤进一步加重，最终导致边坡破坏。因此边坡稳定性分析将非常重要，常规的边坡稳定性分析中，并未考虑后缘裂缝的扩展，这将造成计算误差，进一步可能对边坡的稳定性造成误判，从而造成铁路干线的阻塞，造成严重的经济损失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种边坡损伤演化评价方法、系统、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种边坡损伤演化评价方法，包括：

3、构建边坡裂缝的断裂韧性判断模型，根据所述断裂韧性判断模型确定地震波加速度的临界值，所述地震波加速度包括水平加速度和纵向加速度；

4、接收地震波，获取地震波的水平加速度和纵向加速度；

5、判断所述地震波加速度是否超过地震波加速度的临界值：

6、若超过，则计算裂缝的扩展长度；

7、根据所述扩展长度评价裂缝扩展后的稳定性。

8、进一步的,所述构建边坡裂缝的断裂韧性判断模型，根据所述断裂韧性判断模型确定地震波加速度的临界值，具体包括：

9、获取边坡的几何参数，根据所述几何参数计算地震力、重力以及冻胀力；

10、利用所述地震力、重力以及冻胀力计算ⅰ型应力强度因子，利用所述地震力和重力计算ⅱ型应力强度因子；

11、根据ⅰ型应力强度因子和ⅱ型应力强度因子构建边坡裂缝的断裂韧性判断模型：

12、

13、式中，θ表示裂缝扩展角度，kc表示断裂韧性指标，ah为水平加速度；av为竖向加速度，t表示时间，ki表示ⅰ型应力强度因子，kii表示ⅱ型应力强度因子，г表示第一参数；

14、求解所述断裂韧性判断模型得到水平加速度ah＝ah0和竖向加速度av＝av0，其中，所述ah0和av0分别为水平加速度的临界值和竖向加速度的临界值。

15、进一步的,所述获取边坡的几何参数，根据所述几何参数计算地震力、重力以及冻胀力，具体包括：

16、获取边坡的环境参数和岩体参数，所述环境参数至少包括裂隙张开度、主控结构面尖端半径以及冻结温差，所述岩体参数至少包括裂缝对应的岩体重量、裂缝长度与层面的夹角以及层面的倾角；

17、根据所述环境参数计算冻胀力；

18、根据所述岩体参数计算地震力和重力，所述地震力包括水平地震力和竖向地震力。

19、进一步的,所述利用所述地震力、重力以及冻胀力计算ⅰ型应力强度因子，利用所述地震力和重力计算ⅱ型应力强度因子，具体包括：

20、利用地震力计算第一ⅰ型应力强度因子：

21、

22、式中：kia表示第一ⅰ型应力强度因子，l0为裂缝长度，f表示第二参数，fhn表示裂缝法向上的水平地震力，fvn表示裂缝法向上的竖向地震力，wn表示裂缝法向上的重力；

23、利用冰胀力计算第二ⅰ型应力强度因子：

24、

25、式中：kib表示第二ⅰ型应力强度因子，f′为第三参数，σ表示冻胀力，l0为裂缝长度；

26、相加第一ⅰ型应力强度因子和第二ⅰ型应力强度因子得到ⅰ型应力强度因子：

27、ki＝kia+kib；

28、利用所述地震力和重力计算ⅱ型应力强度因子：

29、

30、式中：kⅱ表示ⅱ型应力强度因子，l0为裂缝长度，f表示第二参数，fht表示裂缝切向上的水平地震力，fvt表示裂缝切向上的竖向地震力，wt表示裂缝切向上的重力。

31、进一步的,所述计算裂缝的扩展长度具体包括：

32、

33、式中，δe0表示裂缝扩展的能量，δl0表示裂缝的扩展长度，g表示能量释放率，m表示裂缝对应岩体的质量，e表示弹性模量，kii表示ⅱ型应

34、力强度因子，ki表示ⅰ型应力强度因子，t0和t0均表示接收的地震波加速度与地震波加速度的临界值相等的时间点，ah表示接收的地震波横向加速度，av表示接收的地震波竖向加速度，表示超过水平临界加速度ah0的时间段对应的能量，表示超过竖向临界加速度av0的时间段对应的能量，θ表示裂缝扩展角度。

35、进一步的,所述根据所述扩展长度评价裂缝扩展后的稳定性，具体包括：

36、设定贯通阈值；

37、判断扩展长度与贯通阈值的大小关系：

38、若扩展长度≥贯通阈值，则表示裂缝扩展后不稳定；

39、否则，则表示裂缝扩展后保持稳定。

40、第二方面，本技术还提供了坡损伤演化评价系统，包括：

41、模块构建模块：用于构建边坡裂缝的断裂韧性判断模型，根据所述断裂韧性判断模型确定地震波加速度的临界值，所述地震波加速度包括水平加速度和纵向加速度；

42、接收模块：用于接收地震波，获取地震波的水平加速度和纵向加速度；

43、判断模块：用于判断所述地震波加速度是否超过地震波加速度的临界值：

44、若超过，则计算裂缝的扩展长度；

45、评价模块：用于根据所述扩展长度评价裂缝扩展后的稳定性。

46、进一步的，所述模块构建模块包括：

47、参数获取单元：用于获取边坡的几何参数，根据所述几何参数计算地震力、重力以及冻胀力；

48、计算单元：用于利用所述地震力、重力以及冻胀力计算ⅰ型应力强度因子，利用所述地震力和重力计算ⅱ型应力强度因子；

49、模型构建单元：用于根据ⅰ型应力强度因子和ⅱ型应力强度因子构建边坡裂缝的断裂韧性判断模型：

50、

51、式中，θ表示裂缝扩展角度，kc表示断裂韧性指标，ah为水平加速度；av为竖向加速度，t表示时间，ki表示ⅰ型应力强度因子，kii表示ⅱ型应力强度因子，г表示第一参数；

52、求解单元：用于求解所述断裂韧性判断模型得到水平加速度ah＝ah0和竖向加速度av＝av0，其中，所述ah0和av0分别为水平加速度的临界值和竖向加速度的临界值。

53、第三方面，本技术还提供了一种边坡损伤演化评价设备，包括：

54、存储器，用于存储计算机程序；

55、处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述边坡损伤演化评价方法的步骤。

56、第四方面，本技术还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于边坡损伤演化评价方法的步骤。

57、本发明的有益效果为：

58、本发明结合水平地震力、竖向地震力以及冻融作用对裂缝扩展角度及长度的分析和计算，可精细化的描述岩体裂缝损伤破坏的过程，能够更加贴合裂缝实际的受力情况和破坏过程，从而准确的揭示顺层边坡后缘裂缝的扩展模式和量化裂缝的扩展过程。通过判断裂缝扩展后是否贯通至下一个层面，进而能够准确的评价边坡的稳定性，从而采取正确的支护方式防止边坡失稳。

59、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。