一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法

1.一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取弃渣场边坡的地形数据、地质参数、水文数据和实时监测数据，并利用有限元网格构建三维数据网格；根据采集的数据建立边坡有限元计算模型，并通过 Mohr-Coulomb本构模型，计算边坡初始抗剪强度和内摩擦角；S2. 设定初始强度折减系数，根据强度折减公式，将土体参数按初始强度折减系数进行折减，其中，所述初始强度折减系数用于均匀缩放土体参数，使坡体达到临界失稳状态；根据折减后的土体参数更新边坡有限元计算模型；根据塑性区扩展系数寻找塑性区贯通的最小强度折减系数；将满足塑性区贯通的最小强度折减系数作为坡体的强度折减系数，并根据最新的强度折减系数重新将土体参数按最新的强度折减系数进行折减，根据折减后的土体参数更新边坡有限元计算模型；S3. 采用克里金插值方法，将实时监测数据映射到三维数据网格，并结合地形数据、地质参数、水文数据计算局部应力变化，实时更新坡体力学参数，所述坡体力学参数包括边坡初始抗剪强度和内摩擦角；S4. 计算剪应力比和塑性区扩展系数，定义区域折减因子；基于区域折减因子动态调整强度折减系数，并结合更新的坡体力学参数，实时评估坡体稳定性，判断边坡是否接近失稳临界状态；所述步骤S4具体包括以下子步骤：S401. 通过优化公式计算剪应力比和塑性区扩展系数；根据计算结果确定区域折减因子；S402. 基于区域折减因子，动态更新坡体的强度折减系数；S403. 结合更新后的强度折减系数，重新执行步骤S401，计算整个坡体的应力状态，得到新的塑性区扩展系数和剪应力比数据；S404. 对新的塑性区扩展系数和剪应力比数据进行风险评估；所述步骤S401具体包括以下子步骤：S4011. 计算剪应力比： ，所述 表示剪应力比，所述 表示修正后的抗剪强度，所述 表示当前时刻 t下坡体的抗剪强度；S4012. 根据塑性区面积和总坡体的区域面积计算塑性区扩展系数： ，所述 表示塑性区扩展系数，所述 表示塑性区面积，所述 表示总坡体的区域面积；S4013. 确定塑性区影响系数，并根据计算得到的塑性区扩展系数计算区域折减因子： ，所述 表示塑性区影响系数，所述 表示区域折减因子。 2.如权利要求1所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S1中，地形数据具体包括数字高程模型数据和坡度坡向数据；地质参数具体包括抗剪强度参数、弹性模量参数和泊松比参数；水文数据具体包括孔隙水压力和渗透系数。 3.如权利要求1所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过 Mohr-Coulomb 本构模型，计算边坡初始抗剪强度和内摩擦角的具体流程如下：S101. 根据有限元计算模型，对每个有限元离散单元分别提取其最大主应力和最小主应力，并根据孔隙水压影响，计算获得有效最大主应力和有效最小主应力；S102. 根据 Mohr-Coulomb 破坏准则，计算每个有限元单元的抗剪强度，形成边坡的剪应力分布；S103. 根据边坡的剪应力分布，通过回归拟合计算内摩擦角。 4.如权利要求3所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S101中，计算获得有效最大主应力和有效最小主应力具体流程表示为： ；其中，所述 分别表示有效最大主应力和有效最小主应力，单位为Pa，所述 表示水平应力分量，单位为Pa，所述 表示竖向应力分量，单位为Pa，所述 表示孔隙水压力，单位为Pa，所述 表示剪应力分量，单位为Pa。 5.如权利要求4所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S102中，计算每个有限元单元的抗剪强度具体流程表示为： ；其中，所述 表示每个有限元单元的抗剪强度，单位为Pa，所述 表示内聚力，单位为Pa，所述 表示内摩擦角，单位为°。 6.如权利要求1所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下子步骤：S301. 通过克里金插值法，将实时监测数据与地形数据、地质参数、水文数据相结合，计算三维网格节点处的物理量，构建时变数据场；S302.根据实时监测数据，获取当前时刻监测点的有效最大主应力和有效最小主应力，并根据根据 Mohr-Coulomb 破坏准则，计算当前时刻监测点与初始时刻的剪应力变化量；S303. 根据局部剪应力变化修正抗剪强度和内摩擦角；S304. 通过修正后的抗剪强度和内摩擦角更新边坡有限元模型及坡体力学参数。 7.如权利要求1所述的一种用于弃渣场边坡的坡体强度变化监测方法，其特征在于，所述步骤S404中，风险评估的判断标准具体为：当剪应力比≥1.05，且塑性区扩展系数≥0.90时，则表示坡体的剪应力已超过抗剪强度，同时塑性区接近完全贯通，坡体处于临界破坏或已经失稳的状态；当0.95≤剪应力比<1.05且0.60≤塑性区扩展系数<0.90时，则表示坡体的剪应力接近抗剪强度，部分塑性区已扩展但尚未完全贯通，存在局部破坏风险；当0.85≤剪应力比<0.95且0.30≤塑性区扩展系数<0.60时，则表示坡体整体仍在稳定状态，但存在一定局部应力集中或塑性区扩展的趋势，需要进行早期预警和观察；当剪应力比<0.85且塑性区扩展系数<0.30时，则表示坡体的剪应力远小于抗剪强度，塑性区扩展极小，坡体处于稳定状态，无明显滑动风险。