本发明涉及边坡及灾害预警领域，更为具体的，涉及一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法及装置。
背景技术：
1、边坡稳定性一直是岩土工程中的经典传统课题。许多学者对于边坡稳定性模拟仅限于均质边坡，忽略了土石混合体这种特殊工程地质材料，但是目前研究调查显示：土石混合体在全国乃至世界各地均有广泛分布。此外天然土体由于沉积和后沉积过程、荷载历史条件、物理风化过程（侵蚀、温度改变、冰冻和融合）和化学风化过程以及自然搬运等作用，导致土体物理力学参数呈现出空间变异性。因此，土石混合体是人类工程活动中，尤其在岩土工程领域更是经常碰到而又必须妥善处理的地质载体。
2、专利文献cn112733242中所公开的物质点法计算方法是：基于物质点法计算原理，采用b样条曲线基函数作为形函数，计算边坡大变形问题。专利文献cn115410663中所公开的物质点方法基于微观力平衡法则推导了显式相场断裂模型，其既可用于分析脆性断裂问题，也可用于求解弹塑性断裂失效问题。专利文献cn113240803中所公开的物质点方法采用双相物质点法，分时间步计算入渗条件下边坡岩土体的应力渗流耦合响应，实现降雨诱发边坡地质灾害演化全过程分析；充分考虑了降雨在边坡岩土体的入渗以及地表径流过程。现有的方法对于边坡稳定性模拟仅限于均质边坡，对于非均质边坡缺乏相应的处理方式，没有考虑到土体自身的空间变异性或是土石混合作用对边坡破坏模式的影响。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法及装置，解决了土体强度参数存在的空间变异性问题，可以很好地模拟边坡破坏后行为，有效解决了非均质边坡的建模问题。
2、本发明的目的是通过以下方案实现的：
3、一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法，包括以下步骤：
4、s1，获取真实边坡三维点云数据；
5、s2，利用真实边坡三维点云数据以及虚拟块石模型建立土石混合边坡几何模型；
6、s3，生成土体强度参数随机场；
7、s4，结合随机场的物质点法对土石混合边坡破坏进行模拟并对破坏进行预警。
8、进一步地，在步骤s1中，所述获取真实边坡三维点云数据包括利用三维激光扫描或无人机扫描获取真实边坡三维点云数据。
9、进一步地，所述三维激光扫描包括如下子步骤：
10、首先，实地考察选择观测点，观测点的选取确定依据包括观测视角大小、现场扫描工作的可行性及观测点处变形可能，并在扫描部位布置反射片；
11、然后，采用rtk确定观测点的大地坐标，建立坐标控制网；
12、最后，基于前期实地所选定的观测点，定期对现场进行数据扫描，获取各时期的边坡位置信息；同时对于重点关注区域进行精细化扫描。
13、进一步地，在步骤s2中，所述利用真实边坡三维点云数据以及虚拟块石模型建立土石混合边坡几何模型，具体包括如下子步骤：
14、s21，生成边坡三角网格模型：利用已经拼接好的点云数据，先对每个采样点搜寻可能的邻近点，采用最大内角最小化原则连成三角面片凸包，形成一个初始三角网；在此基础上逐个加入其他离散点生成最终的三角网；
15、s22，虚拟块石模型建立：建立虚拟块石数据库，虚拟块石的生成由球度、圆度、粗糙度三个参数控制，通过调节这三个参数生成不同形状块石；
16、s23，块石随机投放：从虚拟块石数据库中选取虚拟块石，直到选取块石的体积或面积总和满足含石量以及级配要求；然后按照如下顺序完成块石投放：1)、在整个计算域空间内生成均匀分布的控制点，边坡区域内的点记为“边坡点”，边坡区域外的点记为“非边坡点”；2)、随机选取“边坡点”中的一点，作为投放的虚拟块石的中心；并判断该块石所在区域内的点是否全为“边坡点”，若结果为否，则说明块石有重叠或是投放至边坡区域外，应重新选取投放点；若结果为是，则说明块石正确投放，可投放于该点；3)、随后将该虚拟块石所在区域以及附近设定距离内的“边坡点”记为“非边坡点”，完成一次虚拟块石的投放；重复步骤1)~步骤3)，直到将选取的虚拟块石按半径从大到小依次投放完毕。
17、进一步地，在投放块石的过程中，还包括子步骤：将虚拟块石所在区域乘以设定的放大系数，将块石边缘划定范围内的点都记为“非边坡点”，用于减少投放所需时间，获得更好投放效果。
18、进一步地，在步骤3中，所述生成土体强度参数随机场具体包括采用乔列斯基分解法生成土体强度参数随机场。
19、进一步地，所述采用乔列斯基分解法生成土体强度参数随机场，具体包括如下子步骤：
20、首先，建立一个相关标准正态随机样本矩阵，通过随机模拟产生一组独立标准正态随机样本矩阵，={,,…,}；并采用拉丁超立方样本构成独立标准正态随机样本矩阵；
21、然后，使用乔列斯基分解法对自相关系数矩阵进行分解，得到一个下三角矩阵，由此公式得到相关标准高斯随机场；
22、最后，通过等概率变换方法将相关标准高斯随机场转换为相关非高斯随机场；
23、其中，自相关系数矩阵满足：
24、
25、其中，为自相关系数，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n，与分别表示空间中两点i与j在水平和垂直方向上的绝对距离，即，。
26、进一步地，在步骤s4中，所述结合随机场的物质点法对土石混合边坡破坏进行模拟并对破坏进行预警，具体包括：利用物质点法对库岸边坡破坏后的运动进行求解，物质点携带材料信息，背景网格求解动量方程，通过形函数实现材料信息从粒子到网格，网格到粒子的映射，构建单点两相的水力耦合随机物质点分析框架；通过利用物质点携带材料信息，将生成的随机场信息赋予物质点，即完成随机场与物质点的结合。
27、进一步地，所述利用物质点法对库岸边坡破坏后的运动进行求解，物质点携带材料信息，背景网格求解动量方程，通过形函数实现材料信息从粒子到网格，网格到粒子的映射，构建单点两相的水力耦合随机物质点分析框架；通过利用物质点携带材料信息，将生成的随机场信息赋予物质点，即完成随机场与物质点的结合，具体包括如下子步骤：
28、s41，随机场到物质点：对步骤s2中生成的土石混合边坡几何模型用一系列的点对计算域进行离散，将这些点作为物质点；将这些点的坐标导出，作为随机场的输入，用步骤s3中的方法生成随机场，每个点都有对应的强度参数，最后将这些值导出，赋予原物质点；
29、s42，物质点计算过程：
30、第一步：将物质点的信息通过形函数映射到网格节点：
31、
32、其中，表示时间步下节点的动量，表示时间步下粒子的动量，表示时间步下粒子的位置，表示通过形函数求解位于处的粒子的动量到节点上的映射；表示对节点附近总共个粒子到节点上的动量映射进行求和；
33、第二步，通过求解动量方程更新节点的速度与位移：
34、
35、
36、其中，表示时间增量，表示受到的力；表示第时间步下节点的动量，表示第时间步下节点上所受的力，表示到时刻节点的动量增量；表示第时间步下节点的位移，表示第时间步下节点的位移，表示到时刻节点的位移增量；
37、第三步，将更新后的节点信息映射回物质点，并更新物质点位移：
38、
39、
40、其中，表示第时间步下粒子的速度，表示第时间步下粒子的速度，表示节点在第时间步的加速度，表示对粒子附近总共个节点到粒子上的加速度的映射进行求和，表示到时刻粒子的速度增量，表示对粒子附近总共个节点到粒子上的速度的映射进行求和，表示到时刻粒子的位移增量；
41、第四步，重置网格：丢弃计算后的网格，重置为第一步开始前的网格用于下一个计算循环，从而避免有限元方法在大变形问题中面临的网格扭曲；
42、s43，统计随机物质点的计算结果，将滑动的距离作为预警依据进行预警。
43、一种土石混合体边坡降雨破坏预警装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时执行如上任一项所述的方法。
44、本发明的有益效果包括：
45、本发明将随机场理论与物质点法结合构思了一种新的基于随机物质点的土石混合体边坡破坏及预警方法；其中，采用随机场理论有效模拟土体空间变异性；利用改进物质点法解决滑坡大变形模拟困难的问题，并且能够模拟破坏后滑坡运动全过程；随机块石生成程序能够解决模拟块石在边坡中的作用。
1.一种土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，在步骤s1中，所述获取真实边坡三维点云数据包括利用三维激光扫描或无人机扫描获取真实边坡三维点云数据。
3.根据权利要求2所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，所述三维激光扫描包括如下子步骤：
4.根据权利要求1所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，在步骤s2中，所述利用真实边坡三维点云数据以及虚拟块石模型建立土石混合边坡几何模型，具体包括如下子步骤：
5.根据权利要求4所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，在投放块石的过程中，还包括子步骤：将虚拟块石所在区域乘以设定的放大系数，将块石边缘划定范围内的点都记为“非边坡点”，用于减少投放所需时间，获得更好投放效果。
6.根据权利要求1所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，在步骤3中，所述生成土体强度参数随机场具体包括采用乔列斯基分解法生成土体强度参数随机场。
7.根据权利要求6所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，所述采用乔列斯基分解法生成土体强度参数随机场，具体包括如下子步骤：
8.根据权利要求1所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，在步骤s4中，所述结合随机场的物质点法对土石混合边坡破坏进行模拟并对破坏进行预警，具体包括：利用物质点法对库岸边坡破坏后的运动进行求解，物质点携带材料信息，背景网格求解动量方程，通过形函数实现材料信息从粒子到网格，网格到粒子的映射，构建单点两相的水力耦合随机物质点分析框架；通过利用物质点携带材料信息，将生成的随机场信息赋予物质点，即完成随机场与物质点的结合。
9.根据权利要求8所述的土石混合体边坡降雨破坏预警方法，其特征在于，所述利用物质点法对库岸边坡破坏后的运动进行求解，物质点携带材料信息，背景网格求解动量方程，通过形函数实现材料信息从粒子到网格，网格到粒子的映射，构建单点两相的水力耦合随机物质点分析框架；通过利用物质点携带材料信息，将生成的随机场信息赋予物质点，即完成随机场与物质点的结合，具体包括如下子步骤：
10.一种土石混合体边坡降雨破坏预警装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时执行如权利要求1~9任一项所述的方法。
