(19)中华 人民共和国 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 202111407090.2 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 张抒　陈辉　邹浩　贾瀚英　王凯　 赵晋琦　覃柳智　 (74)专利代理 机构 武汉瑞创星知识产权代理事 务所(普通 合伙) 42274 代理人 赵国清 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06K 9/62(2022.01)G06N 20/00(2019.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判 识方法及系统 (57)摘要 一种基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概 率判识方法及系统， 包括： 获取堆积层滑坡的计 算参数； 建立堆积层滑坡地质概化模型， 以此为 基础， 在有限元软件中建立堆积层 滑坡确定有限 元模型； 对有限元软件进行二次开发， 以提取各 个中心坐标； 将黏聚力和内摩擦角作为随机变 量， 进行相关随机场模拟， 得到多个随机场； 基于 随机场模拟结果， 采用非侵入式随机有限元方法 批量建立不确定有限元模型， 并进行稳定性分 析， 获得不确定有限元模型的节点位移； 以节点 位移作为观测值， 通过K ‑means聚类分析， 将滑坡 模型整体聚为稳定体和变形体两类； 统计变形体 体量， 并基于统计结果， 以变形体体量为观测对 象， 通过混合高斯模型的期望最大化算法进行失 稳模式判识。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 114169193 A 2022.03.11 CN 114169193 A 1.一种基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在于， 具体包括如下 步骤： S1、 获取堆积层滑坡的计算参数， 所述计算参数包括： 堆积层滑坡模型的几何参数、 堆 积体的物理力学参数以及堆积体强度参数空间变异信息统计； S2、 利用S1中的计算参数， 建立堆积层滑坡地质概化模型， 以堆积层滑坡地质概化模型 为基础， 在有限元 软件中建立 堆积层滑坡确定有限元模型； S3、 对有限元软件进行二次开发， 以提取步骤S2中堆积层滑坡确定有限元模型的各个 单元的中心坐标； S4、 利用所述各个有限元模型的中心坐标， 将黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量， 进 行相关随机场模拟， 得到多个随机场； S5、 利用所述多个随机场， 采用非侵入式随机有限元方法批量建立堆积层滑坡不确定 有限元模型， 并进行 稳定性分析， 获得每一个堆积层滑坡不确定有限元模型的节点 位移； S6、 以节点位移作为观测值， 通过K ‑means聚类分析， 将滑坡模型整体聚为稳定体和变 形体两类； 每 个观测值包 含一个堆积层滑坡不确定有限元模型的所有节点 位移； S7： 基于步骤S6得到的聚类结果， 统计变形体体量， 并基于统计结果， 以变形体体量为 观测对象， 通过混合高斯模型的期望最大化 算法进行失稳模式判识。 2.根据权利要求1所述的基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在 于， 堆积层滑坡模型的几何参数包括： 边坡几何形状控制点的坐标； 堆积 体的物理力学参数 包括： 稳定基岩层的黏聚力cr、 内摩擦角φr、 杨氏模量Er、 泊松比νr和天然重度γr； 堆积体强 度参数空间变异信息统计包括： 黏聚力的均值 μc、 标准差σc、 变异系数covc， 内摩擦角的均值 μφ、 标准差σφ、 变异系数covφ， 垂直波动范围δv、 水平波动范围δh， 黏聚力c和内摩擦角φ的相 关系数ρc, φ。 3.根据权利要求1所述的基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在 于， 步骤S 3包括： 提取有限元软件建模过程中生 成的包含 所有建模过程的命令文件， 修改此 命令文件， 并将修改后的命令文件在有限元 软件中运行， 获得 各个单元的中心坐标。 4.根据权利要求1所述的基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在 于， 步骤S4中， 所述进 行相关随机场模拟具体是指： 假设堆积 体关键强度参数粘聚力和内摩 擦角均服从对数正态分布， 基于随机场理论和所述中心坐标， 使用基于乔列斯基分解的中 心点法并采用拉丁超立方抽样进 行随机场模拟； 随机场模拟时， 各个单元的杨氏模量、 泊松 比和天然重度相同。 5.根据权利要求1所述的基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在 于， 步骤S5具体包括： S51、 对所述随机场进行堆积体的物理力学参数的赋值； S52、 生成堆积层滑坡不确定有限元模型批计算脚本； S53、 调用有限元软件内核运行步骤S52中计算脚本， 进行堆积层滑坡不确定有限元模 型的稳定性分析批处 理； S54、 批量提取稳定性分析批处理的处理结果中每一个堆积层滑坡不确定有限元模型 的节点位移。 6.根据权利要求1所述的基于GMM与EM的堆积层滑坡失稳模式概率判识方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114169193 A 2于， 步骤S7 具体包括如下步骤： S71： 统计变形体体量X＝(x1,x2,…,xn)， n为观测数据总量， i＝1,2,3 …n； xi为第i个观 测数据点； 设观测数据点x所属的失稳模式类别为z， 其取值有m种(z(1),z(2),…,z(m))； S72： 确定高斯混合模型的概 率密度函数： S73： 初始化对数化后的均值 方差 权重系数 λj； S74： 使用初始化的均值 方差 权重系数 λj， 计算Qi(z(j))： S75： 使用上一步计算得到的Qi(z(j))值重新估计参数均值 方差 和权重系数 λj： S76： 计算 最大似然函数值： S77： 当步骤S74中3个参数均值 方差 及权重系数 λj和步骤S76中计算得到的 最大似然函数值趋于稳定时， 迭代计算结束， 否则利用步骤S74至S76进 行迭代， 直到计算收 敛， 得到未知参数 λj, 的最终解； 其中， 部分参数的含义如下: λj： 第j种失稳模式所占权 重； 第j种失稳模式变形体 体量经对数化后的标准差； 第j种失稳模式变形体 体量经对数化后的期望； xi： 样本数据集 合中第i个观测数据点； xi对z的分布函数；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114169193 A 3