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申请/专利权人：三峡金沙江川云水电开发有限公司

摘要：本发明公开了一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法及装置，属于边坡及灾害预警领域，包括步骤：S1，获取真实边坡三维点云数据；S2，利用真实点云数据以及虚拟块石模型建立土石混合边坡几何模型；S3，生成土体强度参数随机场；S4，结合随机场的物质点法对土石混合边坡破坏进行模拟并对破坏进行预警。本发明解决了土体强度参数存在的空间变异性问题，可以很好地模拟边坡破坏后行为，有效解决了非均质边坡的建模问题。

主权项：1.一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取真实边坡三维点云数据；S2，利用真实边坡三维点云数据以及虚拟块石模型建立土石混合边坡几何模型，具体包括如下子步骤：S21，生成边坡三角网格模型：利用已经拼接好的点云数据，先对每个采样点搜寻可能的邻近点，采用最大内角最小化原则连成三角面片凸包，形成一个初始三角网；在此基础上逐个加入其他离散点生成最终的三角网；S22，虚拟块石模型建立：建立虚拟块石数据库，虚拟块石的生成由球度、圆度、粗糙度三个参数控制，通过调节这三个参数生成不同形状块石；S23，块石随机投放：从虚拟块石数据库中选取虚拟块石，直到选取块石的体积或面积总和满足含石量以及级配要求；然后按照如下顺序完成块石投放：1、在整个计算域空间内生成均匀分布的控制点，边坡区域内的点记为“边坡点”，边坡区域外的点记为“非边坡点”；2、随机选取“边坡点”中的一点，作为投放的虚拟块石的中心；并判断该块石所在区域内的点是否全为“边坡点”，若结果为否，则说明块石有重叠或是投放至边坡区域外，应重新选取投放点；若结果为是，则说明块石正确投放，可投放于该点；3、随后将该虚拟块石所在区域以及附近设定距离内的“边坡点”记为“非边坡点”，完成一次虚拟块石的投放；重复步骤1~步骤3，直到将选取的虚拟块石按半径从大到小依次投放完毕；S3，采用乔列斯基分解法生成土体强度参数随机场，具体包括如下子步骤：首先，建立一个相关标准正态随机样本矩阵，通过随机模拟产生一组独立标准正态随机样本矩阵，={,,…,}；并采用拉丁超立方样本构成独立标准正态随机样本矩阵；然后，使用乔列斯基分解法对自相关系数矩阵进行分解，得到一个下三角矩阵，由此公式得到相关标准高斯随机场；最后，通过等概率变换方法将相关标准高斯随机场转换为相关非高斯随机场；其中，自相关系数矩阵满足： 其中，为自相关系数，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n，与分别表示空间中两点i与j在水平和垂直方向上的绝对距离，即，；S4，结合随机场的物质点法对土石混合边坡破坏进行模拟并对破坏进行预警；利用物质点法对库岸边坡破坏后的运动进行求解，物质点携带材料信息，背景网格求解动量方程，通过形函数实现材料信息从粒子到网格，网格到粒子的映射，构建单点两相的水力耦合随机物质点分析框架；通过利用物质点携带材料信息，将生成的随机场信息赋予物质点，即完成随机场与物质点的结合，具体包括如下子步骤：S41，随机场到物质点：对步骤S2中生成的土石混合边坡几何模型用一系列的点对计算域进行离散，将这些点作为物质点；将这些点的坐标导出，作为随机场的输入，用步骤S3中的方法生成随机场，每个点都有对应的强度参数，最后将这些值导出，赋予原物质点；S42，物质点计算过程：第一步：将物质点的信息通过形函数映射到网格节点： 其中，表示时间步下节点的动量，表示时间步下粒子的动量，表示时间步下粒子的位置，表示通过形函数求解位于处的粒子的动量到节点上的映射；表示对节点附近总共个粒子到节点上的动量映射进行求和；第二步，通过求解动量方程更新节点的速度与位移： 其中，表示时间增量，表示受到的力；表示第时间步下节点的动量，表示第时间步下节点上所受的力，表示到时刻节点的动量增量；表示第时间步下节点的位移，表示第时间步下节点的位移，表示到时刻节点的位移增量；第三步，将更新后的节点信息映射回物质点，并更新物质点位移： 其中，表示第时间步下粒子的速度，表示第时间步下粒子的速度，表示节点在第时间步的加速度，表示对粒子附近总共个节点到粒子上的加速度的映射进行求和，表示到时刻粒子的速度增量，表示对粒子附近总共个节点到粒子上的速度的映射进行求和，表示到时刻粒子的位移增量；第四步，重置网格：丢弃计算后的网格，重置为第一步开始前的网格用于下一个计算循环，从而避免有限元方法在大变形问题中面临的网格扭曲；S43，统计随机物质点的计算结果，将滑动的距离作为预警依据进行预警。

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