一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法、系统、存储介质及终端与流程

专利2025-04-19  16


本发明涉及土壤力学、岩土工程,尤其涉及一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法、系统、存储介质及终端。


背景技术:

1、受印度洋湿润气流的影响,藏东南林芝市的雅鲁藏布江下游地区广泛发育海洋性冰川。然而,随着全球变暖、冰冻圈缩减这些冰川在退却过程中孕育了众多巨大而深厚的冰碛土体。

2、冰碛土,作为一种宽级配、弱抗剪、不均匀系数大、渗透性强、高承压的不连续工程介质,不仅是藏东南地区多数土体滑坡的地质基础,也是冰碛土泥石流、冰湖溃决等地质灾害的重要物源与启动关键。这种土体在循环冻融下,其孔隙水的反复相变和体变极易导致土体内部裂隙发育,并降低土体原本的强度特征,最终演变为宏观变形和失稳,进而诱发滑坡、泥石流、地面塌陷等灾害。而冰碛土弹性模量(初始切线模量)是衡量冰碛土体抵抗弹性变形能力大小的重要参数,更是用于预测和评估冰碛土在受荷载过程中的变形特性和强度破坏的重要评估参数。

3、本领域现有的技术中,针对弹性模量的定义通常为:土体在初始变形阶段具有近似线弹性变化的性质,依据邓肯-张提出的增量弹性模型理论,取初始切线模量作为整个土体的弹性模量。然而,目前对于弹性模量的取值通常是根据应力-应变关系特点,人为找出加载初期应力-应变曲线上的直线段(即线弹性变形段)然后对其进行直线拟合或根据经验直接作出一条割线(这条割线往往取应变为1%时和初始应变0%时之间的线段),求出该拟合直线或割线的斜率(岩土力学,2015,36,3500-3515;岩土力学,2015,36,351-356;岩石力学与工程学报,2023,42,4299-4309;地质科技通报,2023,1-15),即为土体弹性模量e0,如下式:

4、

5、e0为土体的弹性模量,δσ和δε分别表示轴向应变为1.0%的所对应的偏应力增量(kpa)、轴向应变增量(%)。σ1.0%和ε1.0%分布代表轴向应变为1.0%时对应的偏应力值(kpa)、偏应变值(%)。σ0和ε0分布代表初始轴向偏应力值(kpa)、初始偏应变值(%)。

6、虽然这样的公式定义出发点是好的。但是,这样的求解方法却忽视了实际情况。第一,不是所有土体都会在轴向应变1%左右表现出线弹性性质。第二,较大程度依赖试验人对“直线段”的感知能力和经验。第三,表现出不智能化,导致批量计算弹性模量时的工作量巨增。如果生搬硬套式(1)来计算冰碛土的弹性模量,这实际上默认了轴向应变在1%之前均为线弹性段,从而忽视了实际地质背景和试验环境的具体情况,这可能会导致较大的偏差。

7、当前,对冰碛土的弹性模量参数研究仍显不足。由于缺乏严格的推导理论和成熟的经验数据,冰碛土的弹性模量参数通常通过现场原位应力-应变试验和室内样品应力-应变曲线人为主观获得。然而,这些试验往往具有较长的周期、复杂的测试种类和流程以及较高的经济成本。鉴于此,开发一套针对冰碛土弹性模量计算的室内新方法显得尤为重要。


技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题,提供了一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法、系统、存储介质及终端。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:

3、第一方面,提供一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,所述方法包括:

4、定义弹性模量为应力-应变曲线直线域内最佳直线段的斜率,其中,所述最佳直线段为直线域内端点1和端点2之间的线段;

5、所述最佳直线段的寻找包括:

6、将原始应力-应变数据进行变换成多峰图,并通过寻峰函数找到最佳峰值点,根据最佳峰值点确定所述端点1和端点2。

7、优选地,所述弹性模量的定义如下:

8、

9、其中,x代表应变值;y代表应力值;代表在直线域上对x和y的线性拟合值;e0为弹性模量值,为弹性模量估计值,端点1代表直线域的应变始点,端点2代表直线域的应变终点值;b为线性拟合截距,为b的估计值;q代表最小二乘回归,为x的均值,为y的均值。

10、优选地,最佳直线段的寻找具体包括以下步骤:

11、步骤一,准备应力-应变数据,清除不符值,并通过标记变量d标记原始数据;

12、步骤二,对步骤一得到的数据进行对数化、去量纲化变换,同时对标记变量d与原始数据进行指数模型拟合确立它们之间的数学关系;

13、步骤三,对步骤二得到的数据进行光滑连续处理,并最大化保留数据拐点特征;

14、步骤四,针对峰值强度前的应力-应变数据采用线性回归搭建新的基线;

15、步骤五,计算原始数据和步骤三得到的数据距离基线纵向距离的绝对值,并建立新的(xq,y1)图;

16、步骤六,采用寻峰函数寻找(xq,y1)图上的最佳峰值点,并根据最佳峰值点确定端点1和端点2;

17、步骤七,对端点1和端点2区域内原始数据进行最小二乘回归,计算并记录斜率、截距以及拟合系数r2,若r2≥0.95,拟合数据的长度≥4,则将斜率视为此样品的弹性模量值。

18、优选地,所述对步骤二得到的数据进行光滑连续处理,包括:

19、采用makima插值方法。

20、优选地,所述寻峰函数为findpeaks寻峰函数。

21、优选地,所述根据最佳峰值点确定端点1和端点2,包括:

22、利用步骤二计算的标记变量d和原始数据的指数拟合关系,回代确定端点1和端点2,并确定直线域区域。

23、优选地,步骤一中还包括:

24、判定应力-应变曲线在峰值强度前是否具有直线域,若没有,则舍弃这个样品数据;若有,则保留峰值强度前的应力-应变曲线数据。

25、第二方面,提供一种室内冰碛土弹性模量的快速估算系统,所述系统包括:

26、弹性模量定义模块,用于将弹性模量定义为应力-应变曲线直线域内最佳直线段的斜率,其中,所述最佳直线段为直线域内端点1和端点2之间的线段;

27、最佳直线段寻找模块,用于将原始应力-应变数据进行变换成多峰图,并通过寻峰函数找到最佳峰值点,根据最佳峰值点确定所述端点1和端点2。

28、第三方面,提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现任意一项所述的室内冰碛土弹性模量的快速估算方法。

29、第四方面,提供一种网络设备,包括存储器和处理器,存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令,处理器运行计算机指令时执行任意一项所述的室内冰碛土弹性模量的快速估算方法。

30、需要进一步说明的是,上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。

31、与现有技术相比,本发明有益效果是:

32、(1)本发明能够实现快速、批量地评估冰碛土的弹性模量值,并分析其与众多物理力学参数之间的相互影响。通过总结冰碛土的基本土力学参数和弹性模量值等推导出包含复杂的经验参数方程关系式,这些将更有效地服务于冰碛土物理力学性质的综合评估。为防灾减灾作出基础支撑。同时,本发明可以准确获取样品的弹性模量值,减少批量样品计算该参数时的流程和时间成本,降低经济成本。对于藏东南高寒、高海拔、地形条件恶劣的海洋性冰川区的冰碛土勘查、变形特征以及破坏强度评估等具有显著的适用性优势。

33、(2)本发明提出了一种新的定义和计算弹性模量的方法,使用滤波、拉平基线、寻找峰值拐点等手段较自动化、更加准确的计算冰碛土弹性模量。可降低人为主观确定应力-应变近直线段对计算的影响,节省批量样品求算该参数的时间成本、降低项目经济成本。


技术特征:

1.一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,所述弹性模量的定义如下:

3.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,最佳直线段的寻找具体包括以下步骤:

4.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,所述对步骤二得到的数据进行光滑连续处理,包括:

5.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,所述寻峰函数为findpeaks寻峰函数。

6.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,所述根据最佳峰值点确定端点1和端点2,包括:

7.根据权利要求1所述的一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法,其特征在于,步骤一中还包括:

8.一种室内冰碛土弹性模量的快速估算系统,其特征在于,所述系统包括:

9.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1-7中任意一项所述的室内冰碛土弹性模量的快速估算方法。

10.一种网络设备,包括存储器和处理器,存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令,其特征在于,处理器运行计算机指令时执行权利要求1-7中任意一项所述的室内冰碛土弹性模量的快速估算方法。


技术总结
本发明公开了一种室内冰碛土弹性模量的快速估算方法、系统、存储介质及终端,属于岩土工程技术领域,主要通过大量室内测试的数据分析,修正冰碛土弹性模量计算的概念,定义弹性模量为应力‑应变曲线直线域内最佳直线段的斜率,并依据此概念设计出一系列针对应力‑应变曲线上“直线域”的寻找步骤。巧妙建立“基线”,并以此为新的坐标参考,将寻找直线端点问题转化成寻找峰点问题。总结出含水率、围压和峰值强度与弹性模量之间的统计关系。与以往的公式法计算弹性模量值的技术相比,本发明可以准确获取样品的弹性模量值,减少批量样品计算该参数时的流程和时间成本,降低工时的经济成本。对于藏东南高寒、高海拔、地形条件恶劣的海洋性冰川区的冰碛土勘查、变形特征以及破坏强度评估等具有显著的适用性优势。

技术研发人员:铁永波,鲁拓,李照宇,田凯,刘航宇,张宪政,龚凌枫,侯合意,李光辉
受保护的技术使用者:中国地质调查局成都地质调查中心(西南地质科技创新中心)
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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