本發(fā)明屬于壩體變形研究的，具體涉及一種谷幅變形影響因素的分析預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高壩蓄水后，近壩山體出現(xiàn)向河床方向的變形現(xiàn)象稱為谷幅變形。谷幅變形會(huì)擠壓大壩，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壩體開(kāi)裂。由于谷幅變形的成因尚不清楚，當(dāng)前可以準(zhǔn)確模擬谷幅變形統(tǒng)計(jì)或數(shù)值模擬方法較少，并且主要影響因素的作用強(qiáng)度難以明確區(qū)分。此外，部分工程蓄水初期由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少，觀測(cè)時(shí)間序列呈現(xiàn)不均勻時(shí)間戳等問(wèn)題，常規(guī)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法缺乏對(duì)影響因素的考慮，難以對(duì)谷幅變形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種谷幅變形影響因素的分析預(yù)測(cè)方法，該方法能夠克服現(xiàn)有技術(shù)由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)燒難以對(duì)谷幅變形進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的問(wèn)題，能夠?qū)确冃蔚闹饕绊懸蛩剡M(jìn)行識(shí)辨，并且基于統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果對(duì)谷幅變形進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種谷幅變形影響因素的分析預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、步驟1：獲取壩址區(qū)地形、地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布圖，并在壩區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)裝置以監(jiān)測(cè)庫(kù)水位、地下水位的壓力水頭和谷幅變形數(shù)據(jù)；

5、步驟2：根據(jù)壩址區(qū)地形、地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布圖建立包含典型剖面含地形、地層和地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的二維有限元模型；

6、步驟3：根據(jù)步驟1監(jiān)測(cè)獲得的壩址區(qū)地下水位進(jìn)行反演，確定二維有限元模型的邊界水位；

7、步驟4：以步驟3得到的邊界水位作為邊界條件，采用非穩(wěn)定滲流計(jì)算方法計(jì)算二維有限元模型蓄水開(kāi)始后的壓力水頭分布場(chǎng)；

8、步驟5：以庫(kù)水位h、深部巖體的壓力水頭p、季節(jié)性溫度變化s和巖體的時(shí)效變化t作為二維有限元模型谷幅變形的研究分量，建立用于對(duì)谷幅變形進(jìn)行分析的hpst模型；

9、步驟6：根據(jù)步驟1得到的谷幅測(cè)線變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用hpst模型進(jìn)行谷幅測(cè)線的回歸得到回歸系數(shù)，并根據(jù)得到的回歸系數(shù)對(duì)各分量進(jìn)行分解從而分析不同區(qū)域谷幅變形的主導(dǎo)因素；

10、步驟7：根據(jù)回歸分析得到的回歸系數(shù)以及建立的hpst模型進(jìn)行谷幅變形的預(yù)測(cè)分析。

11、進(jìn)一步地，步驟3中邊界水位的反演方法包括：

12、首先，根據(jù)壩址區(qū)布置的地下水位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算邊界地下水水位的范圍，再根據(jù)推測(cè)的地下水位范圍設(shè)置不同的邊界水位，并對(duì)不同邊界水位進(jìn)行滲流場(chǎng)的分析計(jì)算，之后將計(jì)算結(jié)果與壓力水頭監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，選取標(biāo)準(zhǔn)差最小的地下水位作為二維有限元模型的邊界水位條件。

13、進(jìn)一步地，步驟4中計(jì)算壓力水頭分布場(chǎng)的方法為：

14、

15、式中：φ是孔隙率；s是貯水系數(shù)；t是時(shí)間；kx為x向的滲透系數(shù)；ky為y向的滲透系數(shù)；h是水頭；q是源項(xiàng)或匯項(xiàng)；

16、初始條件為：h(x,y,z,0)＝h0(x,y,z)

17、式中：h(x,y,z,0)是時(shí)間t＝0時(shí)位置(x,y,z)處的水頭；h0(x,y,z)是給定的初始水頭分布函數(shù)；

18、邊界條件為：h(x,y,z,t)＝hb(x,y,z,t)

19、式中：hb(x,y,z,t)為邊界上的已知水頭值，即步驟3中反演得到的邊界水位。

20、進(jìn)一步地，步驟5中建立的hpst模型為：

21、δ＝δh+δp+δs+δt+c

22、式中，δ為谷幅變形總量；δh為庫(kù)水位分量；δp為地下水分量；δs為時(shí)效分量；δt為溫度分量；c為模型的誤差項(xiàng)。

23、進(jìn)一步地，各分量的表征形式為：

24、庫(kù)水位分量的表征形式為：

25、δh＝a(hi-h0)

26、式中：δh為庫(kù)水位分量，h0為谷幅起始監(jiān)測(cè)日對(duì)應(yīng)的庫(kù)水位,hi為以谷幅起始監(jiān)測(cè)日為基準(zhǔn)的第i天庫(kù)水位實(shí)測(cè)值；a為庫(kù)水位分量的回歸系數(shù)；

27、壓力水頭分量δp的表征形式為：

28、

29、式中：δp為壓力水頭分量，pji為第j個(gè)典型測(cè)點(diǎn)從谷幅起始監(jiān)測(cè)日為基準(zhǔn)的第i天的壓力水頭計(jì)算值，由步驟4計(jì)算獲得；pj0為谷幅起始監(jiān)測(cè)日對(duì)應(yīng)的第j個(gè)典型測(cè)點(diǎn)的壓力水頭；bj為壓力水頭分量的回歸系數(shù)；

30、季節(jié)性溫度變化分量δs采用正弦函數(shù)進(jìn)行表征，表征形式為：

31、

32、式中：i為谷幅起始監(jiān)測(cè)日為基準(zhǔn)的第i天；c、d為溫度分量的歸回系數(shù)；

33、巖體時(shí)效變形分量δt的表征形式為：

34、δt＝e(i+1)+fln(i+1)

35、式中：e、f為時(shí)效分量的回歸系數(shù)。

36、進(jìn)一步地，步驟6中各區(qū)域谷幅變形的主導(dǎo)因素分析方法包括：

37、根據(jù)谷幅測(cè)線監(jiān)測(cè)值、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)值以及壓力水頭計(jì)算值和監(jiān)測(cè)值，采用hpst模型進(jìn)行谷幅測(cè)線的回歸得到各分量的回歸系數(shù)，根據(jù)得到的各分量回歸系數(shù)以及其表征形式計(jì)算各分量，之后對(duì)各分量進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)絕對(duì)值越大對(duì)谷幅變形的影響程度越高的原則對(duì)各區(qū)域谷幅變形的主導(dǎo)因素進(jìn)行判斷。

38、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于實(shí)現(xiàn)上述的谷幅變形影響因素的分析預(yù)測(cè)方法的系統(tǒng)，包括：

39、數(shù)據(jù)獲取模塊，獲取壩址區(qū)地形、地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布圖，并獲取壩區(qū)庫(kù)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和谷幅測(cè)線變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

40、二維有限元模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)壩址區(qū)地形、地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分布圖建立包含典型剖面含地形、地層和地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的二維有限元模型；

41、邊界水位反演模塊，用于根據(jù)獲得的壩址區(qū)地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，確定二維有限元模型的邊界水位；

42、壓水水頭模擬模塊，用于以得到的邊界水位作為邊界條件，采用非穩(wěn)定滲流計(jì)算方法計(jì)算二維有限元模型蓄水后的壓力水頭分布場(chǎng)；

43、hpst模型構(gòu)建模塊，用于以庫(kù)水位h、深部巖體的壓力水頭p、季節(jié)性溫度變化s和巖體的時(shí)效變化t作為二維有限元模型谷幅變形的研究分量，建立用于對(duì)谷幅變形進(jìn)行分析的hpst模型；

44、谷幅變形分析模塊，用于根據(jù)得到的谷幅測(cè)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用hpst模型進(jìn)行谷幅測(cè)線的回歸得到回歸系數(shù)，并根據(jù)得到的回歸系數(shù)對(duì)各分量進(jìn)行分解從而分析不同區(qū)域谷幅變形的主導(dǎo)因素；

45、谷幅變形預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)得到的回歸系數(shù)以及建立的hpst模型進(jìn)行谷幅變形的預(yù)測(cè)分析。

46、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

47、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

49、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建hpst模型，可以更準(zhǔn)確地模擬和分析庫(kù)水位、地下水位、季節(jié)性溫度變化以及巖體時(shí)效變化對(duì)谷幅變形的影響，并通過(guò)回歸分析和模型分解，識(shí)別不同區(qū)域谷幅變形的主導(dǎo)因素，對(duì)谷幅變形機(jī)理的探討提供了依據(jù)；并且根據(jù)得到的回歸系數(shù)以及建立的hpst模型進(jìn)行谷幅變形的預(yù)測(cè)分析，可以綜合分析谷幅變形的影響因素和預(yù)測(cè)谷幅變形的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了小樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，并且預(yù)測(cè)精度較高，為工程決策提供依據(jù)；本發(fā)明系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)獲取和處理提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率和分析效率。