[发明专利]一种岩土体参数的旋转各向异性非平稳随机场建模方法

说明书

本发明公开了一种岩土体参数的旋转各向异性非平稳随机场建模方法，包括：确定待模拟参数的统计特征、概率分布类型及场地内参数均值上下限；确定待模拟场地的维度和几何尺寸；将模拟区域网格单元化，确定网格尺寸；坐标变换自相关函数，得到旋转各向异性相关结构的自相关函数形式；步骤五，求解相关矩阵，并进行乔列斯基分解生成平稳随机场；利用去趋势理论生成考虑旋转各向异性相关结构的非平稳随机场；本发明基于传统的协方差矩阵分解法和去趋势分析法，通过坐标变换相关函数，生成了考虑岩土体参数旋转各向异性相关结构的非平稳随机场，发明了一种可以同时考虑参数旋转各向异性相关结构和非平稳分布特征的随机场建模方法。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种岩土体参数的旋转各向异性非平稳随机场建模方法。

背景技术

天然土体由于物质组成、沉积条件、应力历史、物理风化过程和埋藏条件等因素的差异，土体参数常表现出空间变异性。目前大多数关于土体参数空间变异性的研究中，常采用平稳随机场或准平稳随机场模型模拟土体参数空间变异性，即假设土体参数的均值与标准差只与其空间相对位置有关，而与其所处的绝对位置无关，然而大量现场试验资料表明例如粘聚力、内摩擦角、土体重度以及杨氏模量等土体参数的均值和标准差随埋深呈明显的非均匀分布。此外，由于受到地层断裂、弯褶等地质构造运动的作用，土体参数的相关结构常常呈现出旋转的水平各向异性，将这种相关结构称之为旋转各向异性相关结构，自然界观察到的边坡也常以反倾边坡和顺层边坡为主，此时传统的平稳随机场模型以及忽略旋转各向异性的非平稳随机场模型就无法满足数值模拟的精度要求。为此，亟需发展考虑土体参数的旋转各向异性相关结构的非平稳随机场模拟方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的是传统的土体参数空间变异性的研究中，平稳随机场模型以及忽略旋转各向异性的非平稳随机场模型就无法满足数值模拟的精度要求的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及：一种岩土体参数的旋转各向异性非平稳随机场建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定待模拟参数的统计特征、概率分布类型及场地内参数均值上下限；

步骤二、确定待模拟场地的维度和几何尺寸；

步骤三、将模拟区域网格单元化，确定单元尺寸；所述将模拟区域网格单元化是指将待模拟场地离散为单元体；

步骤四、坐标变换自相关函数，得到旋转各向异性相关结构的自相关函数形式；

步骤五、利用步骤四中得到的旋转各向异性相关结构的自相关函数，求解相关矩阵，并进行乔列斯基分解生成平稳随机场；

步骤六、利用去趋势理论生成考虑旋转各向异性相关结构的非平稳随机场。

进一步的，所述步骤一中待模拟参数的统计特征、概率分布类型及场地内参数均值上下限是指：岩土体参数的均值、变异系数、概率分布类型、自相关函数、自相关距离、场地顶部参数均值和场地底部参数均值。

进一步的，所述岩土体参数的均值和变异系数根据相关地区的文献资料查阅得到；或通过试验得到，利用现场试验测得一组实际值，则土体参数的均值μ和变异系数cov分别为：

cov＝σ/μ (2)

式中：n为试验的样本数，x_i为每次试验得到的试验值，σ为测得参数的标准差；

所述自相关函数是用来表征空间范围内任意两点之间的相关性，在认为岩土体参数满足平稳性分布的假设前提下，即任意两点之间的相关性只取决于两点的相对位置，与空间位置无关，且任意点的均值和标准差相等，忽略旋转各向异性相关结构的相关函数用平方指数型描述：