本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價研究，特別是一種變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、崩塌是指在較陡斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動、堆積在坡腳或溝谷的地質(zhì)現(xiàn)象。崩塌因具有隱蔽性和突發(fā)性的特點，屬于嚴重威脅電網(wǎng)設(shè)施的一種地質(zhì)災(zāi)害。崩塌風(fēng)險性既能體現(xiàn)崩塌損害能力的空間分布特征，也可表示崩塌所導(dǎo)致承災(zāi)體的受損情況。崩塌風(fēng)險評價被認為是減少崩塌危害的有效途徑，主要應(yīng)用于崩塌災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報及防災(zāi)減災(zāi)工作。

2、崩塌風(fēng)險評價主要包括三個方面：崩塌危險性評價，承災(zāi)體易損性評價，綜合風(fēng)險性評價。崩塌危險性評價中，通常以危巖體失穩(wěn)概率和落石到達概率來表示崩塌發(fā)生的可能性和其致災(zāi)范圍，并形成危險性評價；承災(zāi)體易損性評價常采用選取易損性評價指標的方法，構(gòu)建易損性評價模型，同時結(jié)合承災(zāi)體的價值完成易損性評價；最終采用“風(fēng)險性＝危險性×易損性”模型，完成變電站崩塌風(fēng)險評價。

3、受控于獨特的地質(zhì)條件，貴州省崩塌災(zāi)害頻發(fā)，呈現(xiàn)出點多面廣、突發(fā)性強、災(zāi)害損失大的特點。已有的崩塌風(fēng)險評價方法中缺乏崩塌落石對變電站電氣設(shè)施沖擊作用這一關(guān)鍵問題的考量，易造成風(fēng)險性錯估、低估的情況，從而誤導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)及應(yīng)急搶險工作。因此，建立基于變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法是目前急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于已有的崩塌風(fēng)險評價方法中缺乏崩塌落石對變電站電氣設(shè)施沖擊作用這一關(guān)鍵問題的考量，易造成風(fēng)險性錯估、低估的情況，從而誤導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)及應(yīng)急搶險工作的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法，其包括，通過對崩塌危巖體勘察，采用赤平投影圖解法評價危巖體穩(wěn)定性，并用蒙特卡洛法計算失穩(wěn)概率；

5、利用flac3d和pfc3d耦合模擬崩塌過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征，結(jié)合arcgis完成危險性評價；

6、通過總結(jié)歸類和模擬試算，建立變電站電氣設(shè)施物理模型和結(jié)構(gòu)損傷模型，

7、分析崩塌落石沖擊作用；

8、基于崩塌落石沖擊強度與電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)抗力，建立易損性評價模型，完成變電站易損性評估；

9、采用矩陣分析法進行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，估算直接經(jīng)濟損失，并對間接損失進行分級。

10、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過對崩塌危巖體勘察包括崩塌危巖體及附近區(qū)域進行詳細勘察，查明崩塌區(qū)工程地質(zhì)條件和危巖體變形特征，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析危巖體的失穩(wěn)破壞模式，可采用如下步驟：

11、統(tǒng)計危巖體的結(jié)構(gòu)面數(shù)量及特征，采用赤平投影圖解分析法對危巖體的穩(wěn)定性進行定性評價；

12、確定危巖體的結(jié)構(gòu)面參數(shù)，基于失穩(wěn)破壞模型，采用蒙特卡洛法計算危巖體的失穩(wěn)概率。

13、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述對崩塌危巖體及附近區(qū)域進行詳細勘察，可采用如下子步驟：

14、對崩塌危巖體區(qū)域進行詳細勘察，明確自然地理條件和地質(zhì)環(huán)境背景；

15、查明危巖體的形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)特征、變形特征，總結(jié)其孕災(zāi)條件；

16、參考規(guī)范標準資料，將危巖體歸納分類為：傾倒式、鼓脹式、滑移式、錯斷式、拉裂式；

17、結(jié)合變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析危巖體的失穩(wěn)破壞模式，建立其演化模型；

18、其中，所述統(tǒng)計危巖體的結(jié)構(gòu)面數(shù)量及特征，采用赤平投影圖解分析法對危巖體的穩(wěn)定性進行定性評價，其包括如下步驟：

19、基于現(xiàn)場調(diào)查，對收集到的結(jié)構(gòu)面信息進行統(tǒng)計和整理，代入作圖軟件生成赤平投影圖；

20、根據(jù)赤平投影圖，分析節(jié)理與層面以及節(jié)理之間的組合交棱線與邊坡投影弧的關(guān)系，定性評價危巖體的穩(wěn)定性和潛在的變形破壞特征；

21、其中，所述確定危巖體的結(jié)構(gòu)面參數(shù)，基于失穩(wěn)破壞模型，采用蒙特卡洛法計算危巖體的失穩(wěn)概率，其包括如下步驟：

22、選取崩塌危巖體的簡化計算模型，建立穩(wěn)定性系數(shù)公式，具體采用如下表達式：

23、

24、其中，k為穩(wěn)定性系數(shù)；u為水的浮托力；q為靜水壓力；c為結(jié)構(gòu)面粘聚力；為結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角；w為危巖體數(shù)量；

25、基于對危巖體穩(wěn)定性的影響程度，考慮將重度γ處理為常量，將c、選取為隨機變量；基于乘法線性同余法，使用matlab隨機生成10000組c、值，并進行標準正態(tài)處理，具體采用如下表達式：

26、

27、x＝μ+σx′

28、其中，μ為隨機變量的均值；為隨機變量的標準差；

29、將處理后的c、值代入穩(wěn)定性計算公式，得到獨立的10000組穩(wěn)定性系數(shù)，定義ks≤1時表示崩塌危巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞，得到危巖體的失穩(wěn)破壞概率，具體采用如下表達式：

30、其中，p為失穩(wěn)破壞概率，m為失穩(wěn)破壞出現(xiàn)次數(shù)。

31、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述利用flac3d和pfc3d耦合模擬崩塌過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征，結(jié)合arcgis完成危險性評價包括基于野外調(diào)查結(jié)果，通過現(xiàn)場及室內(nèi)試驗獲取巖土體物理力學(xué)參數(shù)；利用flac3d和pfc3d耦合模擬崩塌危巖體失穩(wěn)破壞的動力學(xué)過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征，結(jié)合arcgis完成崩塌危險性評價，其中還包括如下步驟：

32、基于野外調(diào)查結(jié)果，開展現(xiàn)場及室內(nèi)試驗，獲取不同降雨工況下崩塌數(shù)值模擬所需的物理力學(xué)參數(shù)；

33、建立崩塌區(qū)三維地質(zhì)模型和數(shù)值模型，利用flac3d和pfc3d耦合模擬危巖體失穩(wěn)破壞的動力學(xué)過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征；

34、統(tǒng)計分析危巖體的失穩(wěn)概率和崩塌落石的到達概率，結(jié)合arcgis完成崩塌危險性評價；

35、其中，所述基于野外調(diào)查結(jié)果，開展現(xiàn)場及室內(nèi)試驗，獲取不同降雨工況下崩塌數(shù)值模擬所需的物理力學(xué)參數(shù)，其包括如下步驟：

36、通過現(xiàn)場調(diào)查確定危巖體的主要物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，制定具體試驗方案，通過單軸抗壓試驗基本物理力學(xué)試驗，得到巖土體的密度、泊松比、單軸抗壓強度、楊氏模量宏觀參數(shù)；

37、基于pfc3d單軸壓縮試驗開展參數(shù)標定，將宏觀參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)值模擬所需的有效模量、顆粒剛度比、顆粒摩擦系數(shù)、平行粘結(jié)模量、平行粘結(jié)剛度比、法向粘結(jié)強度、切向粘結(jié)強度、顆粒內(nèi)摩擦角微觀參數(shù)；

38、其中，所述建立崩塌區(qū)三維地質(zhì)模型和數(shù)值模型，利用flac3d和pfc3d耦合模擬危巖體失穩(wěn)破壞的動力學(xué)過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征，其包括如下步驟：

39、利用無人機三維傾斜攝影技術(shù)得到現(xiàn)場的影像數(shù)據(jù)，通過pix4dmapper生成點云及初步等高線，利用global?mapper得到處理后的等高線；在rhino軟件中利用處理后的等高線建立三維地質(zhì)模型，根據(jù)危巖體發(fā)育特征建立三維數(shù)值模型；

40、選取極端降雨工況下的模擬參數(shù)，利用flac3d和pfc3d耦合危巖體失穩(wěn)破壞的動力學(xué)過程，得到崩塌落石的運動階段劃分、落石運動參數(shù)、巖塊破裂趨勢的結(jié)果；

41、分析崩塌落石的運動軌跡及停積位置，得到崩塌落石的水平分布特征及垂直分布特征，經(jīng)過統(tǒng)計計算崩塌落石于變電站場地的到達概率，具體采用如下表達式：

42、pa＝ni/nt

43、其中，pa為崩塌落石的到達概率；ni為某位置滯留的崩塌塊石數(shù)量；nt為總的崩塌塊石數(shù)量；

44、其中，所述統(tǒng)計分析危巖體的失穩(wěn)概率和崩塌落石的到達概率，結(jié)合arcgis完成崩塌危險性評價，其包括如下步驟：

45、根據(jù)收集資料與變電站實際情況，將危巖體的失穩(wěn)概率和崩塌落石的到達概率進行分級，并建立基于失穩(wěn)概率的易發(fā)程度分級表和基于到達概率的致災(zāi)強度分級表；

46、基于蒙特卡洛計算結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，利用arcgis對失穩(wěn)概率與到達概率進行疊加分析，最終得到崩塌危巖體的危險性評價，具體采用如下表達式：

47、h＝pf×pa

48、其中，h為崩塌危巖體危險性；pf為危巖體失穩(wěn)概率；pa為崩塌落石到達概率。

49、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過總結(jié)歸類和模擬試算，建立包含結(jié)構(gòu)形式和材料賦值的變電站電氣設(shè)施物理模型，基于數(shù)值模擬分析結(jié)果，建立在崩塌落石沖擊作用下的變電站電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型，其可采用如下步驟：

50、通過總結(jié)歸類和數(shù)值模擬試算，基于變電站設(shè)施的結(jié)構(gòu)特征和材料特征，將其轉(zhuǎn)化為便于計算分析的物理模型和數(shù)值模型；

51、基于數(shù)值模擬分析結(jié)果，總結(jié)變電站電氣設(shè)施在崩塌落石沖擊作用下的變形破壞過程，建立變電站電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型；

52、其中，所述過總結(jié)歸類和數(shù)值模擬試算，基于變電站設(shè)施的結(jié)構(gòu)特征和材料特征，將其轉(zhuǎn)化為便于計算分析的物理模型和數(shù)值模型，其包括如下步驟：

53、按照設(shè)施類型、結(jié)構(gòu)形式、材料組成和重要程度的要素，對變電站內(nèi)部主要的電氣設(shè)施進行總結(jié)歸類；

54、開展數(shù)值模擬試算，推測變電站電氣設(shè)施受崩塌落石沖擊的大致部位；

55、基于上述步驟，將變電站電氣設(shè)施劃分為主變壓器、其他室外高壓電氣設(shè)備、房屋建筑三種類型；

56、利用rhino和griddle進行地質(zhì)體與變電站的網(wǎng)格差異劃分，除危巖體以外的地質(zhì)體進行粗劃分，變電站電氣設(shè)施進行細劃分，以提高數(shù)值模擬的準確性與計算效率；

57、基于電氣設(shè)施受沖擊位置和最脆弱材料屬性，分別以陶瓷、混凝土、砌體代表三類設(shè)施的材料屬性，最終建立崩塌－變電站數(shù)值模型；

58、其中，所述基于數(shù)值模擬分析結(jié)果，總結(jié)變電站電氣設(shè)施在崩塌落石沖擊作用下的變形破壞過程，建立變電站電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型，其包括如下步驟：

59、參考規(guī)范標準和行業(yè)準則，明確了三類電氣設(shè)施的變形破壞過程，選取崩塌落石沖擊能量分布以及電氣設(shè)施受沖擊應(yīng)力變化作為其結(jié)構(gòu)損傷效應(yīng)的評價指標；

60、將電氣設(shè)施的損傷等級劃分為三級，并明確相應(yīng)的分級閾值，最終建立變電站電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型。

61、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于崩塌落石沖擊強度與電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)抗力，建立易損性評價模型；對比數(shù)值模擬結(jié)果和電氣設(shè)施損傷模型分級，完成崩塌沖擊作用下的變電站易損性評價，其采用如下步驟；

62、基于崩塌落石沖擊強度與電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)抗力，建立易損性評價模型；

63、對比數(shù)值模擬結(jié)果和電氣設(shè)施損傷模型分級，完成崩塌沖擊作用下的變電站易損性評價；

64、其中，所述基于崩塌落石沖擊強度與電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)抗力，建立易損性評價模型，其包括如下步驟：

65、以崩塌落石沖擊強度表示崩塌災(zāi)害的致災(zāi)強度，以電氣設(shè)施在沖擊作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力表示其抗災(zāi)能力；

66、基于上文得出的崩塌落石沖擊強度分布和各類電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型，建立變電站電氣設(shè)施易損性模型，其中，認定當電氣設(shè)施處于完好并且能夠正常使用時其易損性為0；當電氣設(shè)施達到了破壞標準則將其易損性認定為1；當各類設(shè)施介于變形與破壞之間，參考線性內(nèi)插法對易損性進行量化分級，具體采用如下表達式：

67、

68、其中，vs為結(jié)構(gòu)易損值，取值0～1；i為致災(zāi)強度：r為抗災(zāi)能力；

69、所述對比數(shù)值模擬結(jié)果和電氣設(shè)施損傷模型分級，完成崩塌沖擊作用下的變電站易損性評價，其包括如下步驟：

70、基于易損值的量化數(shù)據(jù)，對變電站電氣設(shè)施進行易損性等級劃分，以便于后續(xù)易損性分區(qū)的操作；

71、在數(shù)值模型中的崩塌落石顆粒中和電氣設(shè)施不同部位布置多個監(jiān)測點，記錄極端工況下的崩塌落石對電氣設(shè)施的沖擊能量和電氣設(shè)施的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，統(tǒng)計監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取不同設(shè)施所遭受的最大沖擊能量和最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力；

72、將每個電氣設(shè)施的易損情況以最大沖擊能量和最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力兩組數(shù)據(jù)表示，并代入易損值公式計算，對應(yīng)易損性分級表格，完成變電站電氣設(shè)施的易損性評價。

73、作為本發(fā)明所述變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用矩陣分析法進行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，估算直接經(jīng)濟損失，并對間接損失進行分級，包括基于危險性評價和易損性評價結(jié)果，采用矩陣分析法進行變電站崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價；依據(jù)評價結(jié)果，進行直接經(jīng)濟損失估算，并對間接經(jīng)濟損失進行分級，其中包括如下步驟：

74、基于危險性評價和易損性評價結(jié)果，采用矩陣分析法進行變電站崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價；

75、依據(jù)評價結(jié)果，進行直接經(jīng)濟損失估算，并對間接經(jīng)濟損失進行分級；

76、其中，所述于危險性評價和易損性評價結(jié)果，采用矩陣分析法進行變電站崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，其包括如下步驟：

77、電站崩塌地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評價基于危險性和易損性的評價結(jié)果，是崩塌自然屬性和社會屬性的集中反映，具體采用如下表達式：

78、r＝h×v

79、其中，r為變電站崩塌風(fēng)險大?。籬為崩塌危險性大??；v為變電站易損性大??；

80、根據(jù)危險性和易損性結(jié)果，進行矩陣分析，得到變電站崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險性；

81、利用arcgis疊加分析，得到風(fēng)險評價區(qū)劃；

82、其中，所述依據(jù)評價結(jié)果，進行直接經(jīng)濟損失估算，并對間接經(jīng)濟損失進行分級，其包括如下步驟：

83、根據(jù)規(guī)范標準和現(xiàn)場情況，統(tǒng)計各電氣設(shè)施的經(jīng)濟價值，結(jié)合易損值計算結(jié)果，開展變電站在崩塌作用下直接經(jīng)濟損失估算，具體采用如下表達式：

84、f＝∑(vi×fi)

85、其中，f為變電站在崩塌災(zāi)害下總體直接經(jīng)濟損失；vi為單個設(shè)備的結(jié)構(gòu)易損值；fi為單個設(shè)備的經(jīng)濟價值；

86、崩塌的易損性及社會屬性，除考慮自變電站自身經(jīng)濟損失外，還需考慮其對電網(wǎng)系統(tǒng)的作用等間接影響；

87、參考電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)范標準，將變電站重要程度影響因子分為：單供電源線路變電站、一二級電力事件設(shè)備分級、重要用戶供電變電站、保底電網(wǎng)、關(guān)鍵重要變電站，所述重要用戶供電變電站包括工業(yè)供電變電站和鐵路供電變電站；

88、利用ahp法，對影響因素進行重要權(quán)重計算，具體權(quán)重和排序可構(gòu)建變電站綜合權(quán)重計算表；

89、根據(jù)權(quán)重大小對變電站重要程度進行分級，以此表示其對經(jīng)濟社會的間接影響程度，具體劃分可構(gòu)建變電站重要程度劃分表。

90、第二方面，本發(fā)明實施例提供了變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價系統(tǒng)，其包括，數(shù)據(jù)勘察模塊，通過對崩塌危巖體勘察，采用赤平投影圖解法評價危巖體穩(wěn)定性，并用蒙特卡洛法計算失穩(wěn)概率；

91、模擬模塊，利用flac3d和pfc3d耦合模擬崩塌過程，得出崩塌落石的運動參數(shù)和分布特征，結(jié)合arcgis完成危險性評價；

92、構(gòu)建模塊，通過總結(jié)歸類和模擬試算，建立變電站電氣設(shè)施物理模型和結(jié)構(gòu)損傷模型，分析崩塌落石沖擊作用；

93、分級模塊，基于崩塌落石沖擊強度與電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)抗力，建立易損性評價模型，完成變電站易損性評估；

94、評價模塊，采用矩陣分析法進行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，估算直接經(jīng)濟損失，并對間接損失進行分級。

95、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的步驟。

96、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法的步驟。

97、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明建立在基于動力學(xué)過程的數(shù)值模擬、邊坡穩(wěn)定性計算模型、蒙特卡洛方法的危巖體破壞概率計算以及基于變電站電氣設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷模型的易損性評價等成果之上，采用矩陣分析法建立崩塌風(fēng)險評價模型。

98、本發(fā)明所采用的崩塌加重變電站數(shù)值模擬、危巖體破壞概率的計算模型、變電站電氣設(shè)施在沖擊作用下的變形破壞模型與關(guān)鍵技術(shù)的可行性和合理性得到了驗證，實現(xiàn)了考慮變電站結(jié)構(gòu)損傷模型的崩塌風(fēng)險評價，豐富了對具有災(zāi)害并發(fā)性特征的山區(qū)崩塌風(fēng)險性研究方法種類。

99、本發(fā)明構(gòu)思合理，操作流程簡單，崩塌風(fēng)險評價成果可為山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急搶險工作提供科學(xué)依據(jù)。