[发明专利]一种非均质河床中双壁钢围堰下沉的稳定性分析方法

权利要求书

1.一种非均质河床中双壁钢围堰下沉的稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集工程区域河床及双壁钢围堰的影像，根据采集的影像在Abaqus中建立河床及双壁钢围堰的二维模型；

步骤2：采集工程区域的河床土壤信息，根据河床土壤信息将河床及双壁钢围堰的二维模型划分为多个非规则土层区域，对每个非规则土层区域建立多个网络；

步骤3：采集工程区域的每个非规则土层区域的块石二维投影，根据所采集的块石二维投影，通过MATLAB构建每个非规则土层区域的块石多边形，并记录每个非规则土层区域的块石多边形顶点坐标数据；

步骤4：确定随机场统计参数为粘聚力c和内摩擦角

步骤5：根据现场所取土体样本，通过土工试验测出每个非规则土层区域的粘聚力c和内摩擦角利用数理统计方法计算对应的粘聚力c的均值和变异系数的取值范围，根据粘聚力c的均值、变异系数及互相关系数，利用自相关函数法计算出对应的粘聚力c的垂直波动范围和水平波动范围的取值范围，内摩擦角的均值、变异系数、垂直波动范围和水平波动范围的取值范围与粘聚力c的均值、变异系数、垂直波动范围和水平波动范围的取值范围计算方法分别一致；

步骤6：根据步骤5的结果分别选取每个非规则土层区域的粘聚力c的均值、变异系数、垂直波动范围和水平波动范围的值，每个非规则土层区域的内摩擦角的均值、变异系数、垂直波动范围和水平波动范围的值，采用Cholesky中点法分别生成每个非规则土层区域的粘聚力c的随机场及内摩擦角的随机场，分别得到对应的粘聚力c的随机场数据及内摩擦角的随机场数据；

步骤7：将每个非规则土层区域的粘聚力c随机场数据与内摩擦角随机场数据随机赋予至河床及双壁钢围堰的二维模型的相应非规则土层区域，通过块石多边形顶点坐标数据将块石随机赋予至河床及双壁钢围堰的二维模型的相应非规则土层区域，以构建非均质河床及双壁钢围堰的二维模型；

步骤8：基于Abaqus有限元分析对非均质河床及双壁钢围堰的二维模型进行分析。

2.如权利要求1所述的非均质河床中双壁钢围堰下沉的稳定性分析方法，其特征在于，生成一个非规则土层区域的粘聚力c的随机场数据的步骤具体为：

6.1提取此非规则土层区域的每个网络的节点的x坐标及y坐标，计算此非规则土层区域的每个网络的中心节点的X坐标和Y坐标，此非规则土层区域的每个网络的中心节点的X坐标为此网络的所有节点x坐标的均值，此非规则土层区域的每个网络的中心节点的Y坐标为此网络的所有节点y坐标的均值；

6.2采用此非规则土层区域的土体参数粘聚力c的均值、变异系数、水平波动范围及垂直波动范围的值及步骤6.1确定的此非规则土层区域的每个网络的中心节点的X坐标和Y坐标生成此非规则土层区域的每个网络的粘聚力c的相关标准高斯随机场，对此非规则土层区域的每个网络的粘聚力c的相关标准高斯随机场取指数，获得此非规则土层区域的每个网络粘聚力c的随机场，得到此非规则土层区域的每个网络的粘聚力c的随机场数据，从而得到此非规则土层区域的粘聚力c的随机场数据，具体为：

利用拉丁超立方样本生成独立标准正态随机样本矩阵ξ，如下式：

其中ξ_c、分别为关于此非规则土层区域的粘聚力c和此非规则土层区域的粘聚力c的样本向量；

通过此非规则土层区域的粘聚力c的均值μ_c和变异系数COV_c，计算正态变量lnc的均值μ_lnc和标准差σ_lnc：

对标准正态空间等效互相关系数矩阵R₀进行Cholesky分解，如下式：

其中为互相关系数，取值为-0.5，为R₀的下三角矩阵，S₁为R₀的上三角矩阵

将与ξ_ξ相乘，获取相关标准正态随机样本矩阵，如下式：

通过此非规则土层区域的粘聚力c的垂直波动范围δ_v和水平波动范围δ_h，采用指数型自相关函数获取此非规则土层区域的粘聚力c自相关系数矩阵K；

对自相关系数矩阵K进行Cholesky分解，如下式：

其中ρ_ij为通过自相关函数计算出来的随机场数据，当i等于j时，ρ_ij为1，为K的下三角矩阵，S₂为K的上三角矩阵：

得到粘聚力c的标准高斯随机场如下式：

对取指数，获得此非规则土层区域的每个网络粘聚力c的随机场，得到此非规则土层区域的每个网络的粘聚力c的随机场数据，从而得到此非规则土层区域的粘聚力c的随机场数据，如下式：

6.3生成此非规则土层区域的内摩擦角的随机场数据的步骤中除采用高斯型自相关函数获取此非规则土层区域的每个网络的内摩擦角自相关系数矩阵外其他步骤均和生成此非规则土层区域的粘聚力c的随机场数据的步骤一致；

6.4按照步骤6.1至步骤6.3生成其他非规则土层区域的粘聚力c随机场数据、内摩擦角随机场数据。