(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211502817.X (22)申请日 2022.11.29 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 申请人 湖南路桥建 设集团有限责任公司 (72)发明人 马沃原　王术飞　黄勇军　石柱　 彭文耀　项超群　陈时通　刘泽亚　 谢志军　钟文　盛启焜　陈嘉祺　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 周晓艳　李杰强 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种非均质河床中双壁钢围堰下沉的稳定 性分析方法 (57)摘要 本发明提供一种非均质河床中双壁钢 围堰 下沉的稳定性分析方法， 包括以下步骤： 1、 建立 河床及双壁钢围堰的二维模型； 2、 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； 3、 生成并记录每个非规则土层区域的块石数据； 4、 确定随机场统计参数； 5、 计算粘聚力c及内摩 擦角φ的均值、 变异系数、 垂直波动范围和水平 波动范围； 6、 生成每个非规则土层区域粘聚力c 的随机场数据及内摩擦角φ的随机场数据； 7、 构 建非均质河床及双壁钢围堰的二维模型； 8、 基于 Abaqu对非均质河床及双壁钢围堰的二维模型进 行分析。 本发 明构建符合实际非均质河床及双壁 钢围堰的二维模 型， 有效提高了非均质河床中双 壁钢围堰下沉稳定性分析的精确性。 权利要求书3页 说明书9页 附图7页 CN 115525960 A 2022.12.27 CN 115525960 A 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φ； 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φ， 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φ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φ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φ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φ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φ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 ， 如下式：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115525960 A 2其中 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 φ的样本向量； 通过此非规则土层区域的粘聚力c的均值 和变异系数 ， 计算正态变量lnc的均 值 和标准差 ： 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， 为R0的上 三角矩阵 将 与 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 和水平波动范围 ， 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C holesky分解， 如下式： ， 其中 为通过自相关函数计算出来的随机场数据， 当i等于j 时， 为1， 为K的下三角矩阵， 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： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115525960 A 3