本發(fā)明涉及反傾巖層模擬，尤其涉及一種河谷下切中反傾巖層傾倒演化模擬方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、大型巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的滑坡是許多地區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害，也是近些年來最具破壞規(guī)模的自然災(zāi)害之一。隨著人類活動涉及范圍的擴大，眾多水利水電、露天礦、交通工程等大型項目不斷建設(shè)，與其相關(guān)的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定問題成為制約工程建設(shè)和區(qū)域安全的重點和難點。巖質(zhì)邊坡的傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象正是在此過程中被發(fā)現(xiàn)和揭露的，并引起巖石力學(xué)工程地質(zhì)、采礦工程以及地貌學(xué)等研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，反傾邊坡的傾倒變形在我國西部，尤其是環(huán)青藏高原東側(cè)具有廣泛的發(fā)育和分布，其變形和破壞現(xiàn)象在所有邊坡問題中，約占到30％～40％，而且相當(dāng)數(shù)量的反傾巖質(zhì)邊坡涉及大規(guī)模深層傾倒和深層滑坡問題。

2、現(xiàn)有技術(shù)一，中國專利，專利號：202410478688.8提供了一種反傾軟硬互層高邊坡加固結(jié)構(gòu)及監(jiān)測裝置，涉及高邊坡加固和監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。包括若干巖層間加固螺紋鋼筋的第一端分別穿入相鄰的反傾硬巖層與反傾軟巖層之間，且穿過坡體內(nèi)潛在破壞面；加固地連梁沿坡體表面設(shè)置，且覆蓋所有的反傾硬巖層與反傾軟巖層，巖層間加固螺紋鋼筋的第二端穿入加固地連梁，且與加固地連梁內(nèi)的鋼筋固定連接；坡后錨拉樁的第一端穿入坡后穩(wěn)定土體內(nèi)，坡后錨拉樁的第二端與加固地連梁的高端一體澆筑成型；巖層間注漿體加注在相鄰的反傾硬巖層與反傾軟巖層之間，且凝結(jié)在巖層間加固螺紋鋼筋的第一端周側(cè)。雖然，能夠有效抵抗巖層彎曲變形，強化巖層強度，并增加巖層的整體性和穩(wěn)定性；但是，模擬方法的局限性，導(dǎo)致在復(fù)雜地質(zhì)條件下適用性和準(zhǔn)確性有限。

3、現(xiàn)有技術(shù)二，中國專利，專利號：202411235024.5屬于深井高水位薄基巖含裂隙注漿改造技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種深井含裂隙薄基巖注漿偏流擴散動態(tài)模擬實驗裝置及方法。該深井含裂隙薄基巖注漿偏流擴散動態(tài)模擬實驗裝置包括箱體、模擬薄基巖層、模擬裂隙面、氣囊加載單元、注水單元、注漿單元和監(jiān)測單元。深井含裂隙薄基巖注漿偏流擴散動態(tài)模擬實驗裝置及方法能夠準(zhǔn)確模擬深井高水壓下漿液在含裂隙薄基巖層中的注漿偏流擴散動態(tài)過程，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行精確監(jiān)測、采集并判斷。雖然，對于現(xiàn)場針對深井薄基巖的注漿改造效果提升有重要指導(dǎo)意義，有利于工程實踐中目標(biāo)薄基巖層的注漿改造的推廣應(yīng)用；但是，關(guān)鍵因素的忽視，只關(guān)注單一因素對傾倒形變的影響。

4、現(xiàn)有技術(shù)三，中國專利，專利號：202411041787.6涉及滲流狀態(tài)下隧道掘進(jìn)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種模擬滲流狀態(tài)下隧道掘進(jìn)過程的試驗裝置，包括注水系統(tǒng)、滲流系統(tǒng)、巖層模擬系統(tǒng)、隧道系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)；本發(fā)明還提供一種模擬在滲流狀態(tài)下隧道掘進(jìn)過程的試驗方法，步驟為：安裝巖層模擬系統(tǒng)、滲流系統(tǒng)；安裝注水系統(tǒng)；制作隧道系統(tǒng)；模擬滲流狀態(tài)；模擬隧道掘進(jìn)過程；通過數(shù)據(jù)采集器采集試驗數(shù)據(jù)，試驗完成。雖然，能夠較為真實地復(fù)現(xiàn)自然災(zāi)害條件下隧道周圍土體變形情況和破壞機制，具有效果好和試驗數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點，為實際隧道施工技術(shù)提供較為合理的技術(shù)支撐；但是，區(qū)域應(yīng)力場分析的局限性，導(dǎo)致沒有全面考慮河谷下切對區(qū)域應(yīng)力場的長期改造的作用。

5、目前，現(xiàn)有技術(shù)一、現(xiàn)有技術(shù)二以及現(xiàn)有技術(shù)三存在模擬方法的局限性、關(guān)鍵因素的忽視以及區(qū)域應(yīng)力場分析的局限性的問題，本發(fā)明提供了一種河谷下切中反傾巖層傾倒演化模擬方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種河谷下切中反傾巖層傾倒演化模擬方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中模擬方法的局限性、關(guān)鍵因素的忽視以及區(qū)域應(yīng)力場分析的局限性的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種河谷下切中反傾巖層傾倒演化模擬方法，具體包括以下步驟：

4、通過衛(wèi)星遙感獲取巖區(qū)物理模型的相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建反傾巖層物理模型，對反傾巖層物理模型進(jìn)行多級開挖模擬，得出巖體在不同開挖深度的變化情況；

5、對不同開挖深度的變化情況進(jìn)行分析，得出巖體內(nèi)部應(yīng)力場的重分布情況，識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化；根據(jù)應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化對變化演化階段進(jìn)行劃分，得到數(shù)據(jù)集；

6、基于巖區(qū)物理模型的模擬結(jié)果建立巖層傾倒演化模擬機制，將數(shù)據(jù)集輸入至巖層傾倒演化模擬機制中進(jìn)行模擬，基于模擬結(jié)果分析傾倒形變體的失穩(wěn)模式。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，得出巖體在不同開挖深度的變化情況，具體包括以下步驟：

8、通過衛(wèi)星遙感獲取巖區(qū)物理模型的相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建反傾巖層物理模型；啟動底摩擦實驗裝置，利用巖區(qū)物理模型與橡皮帶之間的模擬重力對巖區(qū)物理模型的作用，形成初始應(yīng)力場；

9、設(shè)置三次模擬河谷下切，根據(jù)開挖深度對河段的階地進(jìn)行劃分；當(dāng)巖體達(dá)到初始壓縮區(qū)域值，進(jìn)行暫停根據(jù)巖區(qū)物理模型開挖邊境線開挖，模擬第一階段河谷下切；重新啟動動實驗裝置，直到新的巖體傾倒變形達(dá)到預(yù)設(shè)穩(wěn)定值后，在進(jìn)行下一階段的開挖；

10、對多次開挖數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到反傾層狀巖體傾倒變形演化特征；根據(jù)反傾層狀巖體傾倒變形演化特征進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果得出不同開挖深度的變化情況。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，得到數(shù)據(jù)集，具體包括以下步驟：

12、結(jié)合衛(wèi)星遙感獲取的巖區(qū)物理模型的相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)，提取地表形變；相位信息與衛(wèi)星遙感監(jiān)測目標(biāo)的距離進(jìn)行計算；獲取地面目標(biāo)兩個時刻的相位信息的sar圖像；

13、對兩個時刻的相位信息的sar圖像進(jìn)行相位差計算；根據(jù)相位差計算結(jié)果得出纏繞相位，對纏繞相位進(jìn)行解纏，對原始干涉相位進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行地表變形量計算；

14、根據(jù)計算結(jié)果分析判斷時候在兩個時刻點之間巖石是否發(fā)生形變；若發(fā)生形變，則進(jìn)行判斷地表形變的位移信息，根據(jù)位移信息進(jìn)行計算地表變形量；識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化；根據(jù)應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化對變化演化階段進(jìn)行劃分，得到數(shù)據(jù)集。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對原始干涉相位進(jìn)行處理，具體包含以下步驟：

16、將至少一個sar影像圖像進(jìn)行隨機組合，并任意一幅作為主影像并對其進(jìn)行其余影響進(jìn)行配準(zhǔn)，預(yù)設(shè)干涉條紋圖滿足條件，生成干涉條紋圖；

17、設(shè)置基線閾值生成差分干涉圖組合，估算每幅差分干涉圖的形變信息，將形變信息作為觀測值；根據(jù)差分干涉圖組合和觀測值進(jìn)行求解變速率，獲得目標(biāo)區(qū)域的沉降時間序列信息；

18、對目標(biāo)區(qū)域的相位處理過程中，進(jìn)行大氣相位去除以及噪聲相位去除等處理；基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果繪制不同時間段的累計形變量值圖；對累計形變量值圖進(jìn)行分析，得出巖石是否發(fā)生形變。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，基于模擬結(jié)果分析傾倒形變體的失穩(wěn)模式，具體包含以下步驟：

20、根據(jù)巖區(qū)物理模型的模擬結(jié)果建立巖層傾倒演化模擬機制，分析氣候水文條件、地理位置、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和底層巖性等目標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；

21、將數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，并劃分為訓(xùn)練集、測試集以及驗證集；使用訓(xùn)練集訓(xùn)練巖層傾倒演化模擬機制；訓(xùn)練過程中，通過對不同開挖深度下巖體內(nèi)部應(yīng)力場的重分布情況進(jìn)行分析，識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化；對應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化進(jìn)行學(xué)習(xí)；

22、將數(shù)據(jù)集輸入至巖層傾倒演化模擬機制中進(jìn)行模擬，將巖層傾倒演化過程劃分為卸載-反彈張裂階段、形變-裂紋發(fā)展階段和裂紋穿透階段；根據(jù)模擬結(jié)果分析傾倒形變體的失穩(wěn)模式。

23、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化進(jìn)行學(xué)習(xí)，具體包含以下步驟：

24、對數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化和數(shù)據(jù)增強等預(yù)處理操作，同時消除不同特征量綱的影響；將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、測試集以及驗證集；

25、使用訓(xùn)練集對巖層傾倒演化模擬機制進(jìn)行訓(xùn)練；訓(xùn)練過程中，分析不同開挖深度下巖體內(nèi)部應(yīng)力場的重分布情況，識別營私松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化，并對其進(jìn)行學(xué)習(xí)；

26、通過驗證集的表現(xiàn)，評估巖層傾倒演化模擬機制的性能，若超出評估閾值，則進(jìn)行調(diào)整；將從未出現(xiàn)過的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)，并通過測試集查看巖層傾倒演化模擬機制是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

27、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)模擬結(jié)果分析傾倒形變體的失穩(wěn)模式，具體包含以下步驟：

28、訓(xùn)練完成后，將數(shù)據(jù)集輸入至巖層傾倒演化模擬機制中進(jìn)行模擬；對模擬過程進(jìn)行記錄巖層演化過程，對巖層演化過程以及模擬結(jié)果進(jìn)行分析；

29、根據(jù)分析結(jié)果，判斷對發(fā)生在巖體開挖后的初始應(yīng)力場被打破，巖體內(nèi)部應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致巖體發(fā)生卸荷和反彈現(xiàn)象為卸載-反彈張裂階段；巖體內(nèi)部的裂縫擴展并相互連接，形成較大的裂紋網(wǎng)絡(luò)為形變裂紋發(fā)展階段；當(dāng)裂紋網(wǎng)格最終貫通式，巖體的整體穩(wěn)定性達(dá)到臨界點狀態(tài)最終發(fā)生傾倒或崩塌；

30、對巖層傾倒演化過程的不同階段進(jìn)行分析，得出各巖層在各階段的宏觀變形特征、關(guān)鍵點位移變化規(guī)律以及最大彎折面的演化；通過模擬結(jié)果展示巖層在不同演化階段的失穩(wěn)機制。

31、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，通過模擬結(jié)果展示巖層在不同演化階段的失穩(wěn)機制的過程，具體包括以下步驟：

32、對巖層傾倒演化過程的不同階段進(jìn)行分析巖體內(nèi)部的應(yīng)力場重分布情況，識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化，判斷巖層是否發(fā)生失穩(wěn)；

33、在坡趾剪切彎曲、最大彎折面出現(xiàn)、彎折面上部巖層彎曲傾倒以及主破裂面貫通等階段進(jìn)行分析，得出各巖層在各個階段的宏觀變形特征、關(guān)鍵點位移變化規(guī)律以及最大彎折面的演化；

34、通過模擬結(jié)果展示巖層在不同演化階段的失穩(wěn)機制，并建立不同演化階段的穩(wěn)定性評價方法；通過分析河流下切不同階段層間法向里的分布特征及坡腳處層間法向力修正系數(shù)，評估巖層在各個階段的穩(wěn)定性。

35、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，評估巖層在各個階段的穩(wěn)定性，具體包括以下步驟：

36、通過模擬結(jié)果展示巖層在不同演化階段的失穩(wěn)機制，對失穩(wěn)機制進(jìn)行分析，得出巖層在不同應(yīng)力狀態(tài)下的形變和破壞過程；基于不同演化階段的模擬結(jié)果，建立不同的穩(wěn)定性評估方法；

37、對不同演化階段的巖層變形特征和失穩(wěn)機制進(jìn)行驗證，對邊坡巖體傾倒失穩(wěn)的內(nèi)在應(yīng)力場漸進(jìn)變化過程進(jìn)行驗證，得到塊體傾倒和多層彎曲傾倒的運行學(xué)特征；

38、將得到的特征與模擬結(jié)果的對應(yīng)特征進(jìn)行對比，若大于對比結(jié)果則進(jìn)行調(diào)整巖層傾倒演化模擬機制；并對其進(jìn)行分析，得到最終巖層傾倒演化機制。

39、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案：

40、一種河谷下切中反傾巖層傾倒演化模擬系統(tǒng)，包括：

41、采集巖石數(shù)據(jù)模塊，用于通過衛(wèi)星遙感獲取巖區(qū)物理模型的相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建反傾巖層物理模型，對反傾巖層物理模型進(jìn)行多級開挖模擬，得出巖體在不同開挖深度的變化情況；

42、物理模型模擬模塊，用于對不同開挖深度的變化情況進(jìn)行分析，得出巖體內(nèi)部應(yīng)力場的重分布情況，識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化；根據(jù)應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化對變化演化階段進(jìn)行劃分，得到數(shù)據(jù)集；

43、機制模擬模塊，用于基于巖區(qū)物理模型的模擬結(jié)果建立巖層傾倒演化模擬機制，將數(shù)據(jù)集輸入至巖層傾倒演化模擬機制中進(jìn)行模擬，基于模擬結(jié)果分析傾倒形變體的失穩(wěn)模式。

44、本發(fā)明通過衛(wèi)星遙感獲取巖區(qū)物理模型的相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)架反傾巖層物理模型，并進(jìn)行多級開挖模擬，分析巖體在不同開挖深度下的變化情況，展示巖體內(nèi)部應(yīng)力場的重分布特征，識別應(yīng)力松弛區(qū)和主應(yīng)力方向的變化；基于巖區(qū)物理模型的模擬結(jié)果，建立巖層傾倒演化模擬機制，并將數(shù)據(jù)集輸入至該機制中進(jìn)行模擬；本發(fā)明通過數(shù)值模擬和實驗分析相結(jié)合的方式，綜合位移場、應(yīng)力場和能量場的演化特征，通過對傾倒變形影響因子的敏感性分析，確定高敏感因子(如坡度、巖層傾角、巖層厚度等)的作用規(guī)律，并基于此建立易傾倒幾何模型。將傾倒變形視為一個動態(tài)演化過程，通過多種特征值的演化信息劃分不同的演化階段，并建立各階段與變形特征的對應(yīng)關(guān)系；結(jié)合數(shù)值模擬和實驗分析，驗證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；本發(fā)明通過多級開挖模擬和動態(tài)演化分析，能夠更全面地展示巖體的變形特征和演化機制；結(jié)合多種測量技術(shù)和數(shù)值模擬方法，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測巖體的失穩(wěn)模式和演化路徑。