本技术属于滑坡预测，更具体地说，涉及浅层地震-应力联合反演的隧道口滑坡预测方法。
背景技术：
1、在山区隧道工程中，隧道口滑坡预警滞后是制约施工安全的核心痛点，其由于传统监测技术过度依赖位移检测，如 gnss 地表位移监测、钻孔测斜仪深层位移监测，均以岩体宏观运动作为判断依据，但位移是深层岩体完成应力重分布、结构面破坏到滑移面贯通等早期失稳过程后的最终表现；而为了能够进一步的压缩时间，通常设置较高的位移阈值或延长观测周期，但由于其无法捕捉深层岩体渐进式破坏的早期力学失稳信号，同样会导致预警滞后的问题。
技术实现思路
1、本发明提供了浅层地震-应力联合反演的隧道口滑坡预测方法，拟解决解决目前无法捕捉深层岩体渐进式破坏的早期力学失稳信号，导致的预警滞后的技术问题。
2、浅层地震-应力联合反演的隧道口滑坡预测方法，包括以下步骤：
3、步骤s1.在目标区域布置多个微型智能震源节点，形成高频震源阵列，并基于高频震源阵列获取坡体初至波走时数据，基于坡体初至波走时数据构建地质模型，再根据弹性波速分布计算岩体完整性相关参数，形成岩体完整性系数矩阵；
4、步骤s2.在施工钻孔中植入光纤光栅应力传感链捕捉岩体内部主应力方向实时变化数据、岩体主应力量级实时变化数据，将岩体完整性系数矩阵作为先验知识，嵌入到应力场求解过程中，同时建立地震波传播与应力的关联关系，构建应力与波速的内在关系，再进行耦合求解得到坡体应力场分布数据；
5、步骤s3.根据应力数据和应变数据，计算潜在滑移面上各点的应变能密度分布，基于计算的应变能密度确定是否超过预定的阈值，且是否连续成片，若连续成片，且成片区域的扩展率超过预定的阈值，则判定为潜在的滑动面；
6、步骤s4.获取滑动面的应变能量密度超标率、剪切应力随时间的变化率以及日扩展速率指标，基于获取的指标进行加权求和，得到失稳动力学指数，用于风险评估。
7、本发明通过高频震源阵列获取坡体初至波走时数据，构建包含岩体完整性系数矩阵的地质模型，能够在深层岩体未显现位移前，通过弹性波速分布识别岩体结构劣化，提前锁定潜在的失稳结构薄弱区，为早期信号捕捉奠定结构基础；然后将岩体完整性系数矩阵作为先验知识嵌入应力场求解，突破传统应力监测孤立解读数据的局限，通过建立地震波传播与应力的耦合关系，反演坡体应力场分布，捕捉深层岩体因结构劣化引发的早期应力重分布信号，实现力学失稳前兆的早期感知；再基于应力与应变数据计算潜在滑移面的应变能密度分布，并通过判断应变能密度是否超过阈值、是否连续成片及扩展率是否超标，能在滑移面未完全贯通前、无明显位移时，精准判断潜在滑动面，避免依赖位移信号导致的滞后。
8、优选的，在所述多个微型智能震源节点布置环境传感器和三轴加速度计，采集降雨强度和施工振动数据；
9、基于采集的降雨强度和施工振动数据调整震源激发频率，包括：
10、若实时降雨强度大于预定的阈值，则震源激发频率为降雨-频率调节系数和降雨强度的乘积加上基础频率；
11、若施工振动强度大于预定的阈值，则震源激发频率为振动-频率调节系数和振动强度的乘积加上基础频率；
12、若均不属于上述两种情况的，则震源激发频率为设定的基础频率。
13、优选的，所述形成岩体完整性系数矩阵包括以下步骤：
14、基于aic自动拾取器从接收信号中提取坡体初至波走时，基于提取的走时、岩性参数、预设的权重矩阵与正则化系数，构建由数据拟合项和模型平滑项组成的目标函数，再通过快速行进法结合各向异性参数修正慢度模型，计算理论正演走时，通过迭代求解输出三维网格纵波波速数据，在迭代求解过程中，残差超限时，采用lsqr算法更新模型并引入各向异性约束，直至残差收敛；
15、基于得到的三维网格纵波数据、完整岩体实验波速及岩体结构分类标准，对每个网格点计算反演波速与完整波速比值的平方生成岩体完整性系数矩阵；再根据完整性系数矩阵的数值范围将网格岩体状态分类，结合三维网格构建带有岩体状态分类的三维地址模型。
16、优选的，所述aic自动拾取器提取所述坡体初至波走时后需要对提取的坡体初至波走时进行校正，包括以下步骤：
17、分别计算实时温度与标准温度的差值、实时湿度与标准湿度的差值，根据实时温度的差值乘以温度校准系数后在加上湿度差值乘以湿度校准系数的结果加1，得到校正因子，将校正因子乘以坡体初至波走时得到校正后的坡体初至波走时。
18、优选的，所述波速与波速的内在关系基于所构建的波速-应力耦合方程组表示，其中波速-应力耦合方程组包括运动平衡方程、完整性系数矩阵约束的本构方程以及几何方程；
19、所述运动平衡方程用于描述岩体密度、位移二阶时间导数与应力散度、体积力的平衡关系；
20、所述完整性系数矩阵约束的本构方程用于将应力和应变关联，且引入完整性系数矩阵，使弹性刚度张量随完整性系数矩阵动态变化；
21、所述几何方程通过位移梯度定义应变、建立位移与应变的几何关系。
22、优选的，对于所述弹性刚度张量，采用完整性系数进行修正：
23、将完整性系数乘以岩体刚度，加上损伤岩体刚度乘以1减去完整性系数后的值得到弹性刚度张量。
24、优选的，所述耦合求解得到坡体应力场分布数据包括以下步骤：
25、通过构建包含应力匹配项和监测数据约束项的目标函数，以构建的波速-应力耦合方程组为基础，采用正则化最小二乘优化算法求解目标函数，直至目标函数最小，得到稳定的应力场分布；
26、其中应力匹配项为计算有限元模型输出的应力与钻孔引力实测值的差异平方和；检测数据约束项为计算反演应力与fbg监测应力的差异平方和，并乘以正则化权重。
27、优选的，所述步骤s3包括以下步骤：
28、基于结构面基础参数和岩体完整性系数矩阵划分多个候选滑移面，针对每个候选滑移面计算法向剪应力比，若剪应力比大于或等于设定的阈值，则将对应的候选面作为初步潜在滑移面；
29、将应力张量与应变张量对应的分量两两相乘，再将所有乘积结果求和，最后将求和结果乘以预定的系数，得到对应空间点在当前时间的应变能密度，基于此遍历所有空间点，生成三维应变能密度分布数据；
30、通过dirac函数筛选处应变能密度中沿滑移面法向量梯度方向的能量分量，然后对筛选后的能量分量在初步潜在滑移面的微元面积上进行积分运算，累加所有微元面积的能量值，得到初步潜在滑移面的2d剪切应变能密度分布；
31、统计每个滑移面上的剪切应变能密度大于或等于动态临界能量阈值的区域面积，计算区域面积与滑移面总面积的比值，若比值大于或等于预定的比例阈值，则满足能量累积条件；再计算区域面积比列随时间的变化速率，若变化速率大于预定的速率阈值，则满足加速扩展条件；当同时满足能量累积条件和加速扩展条件时，断定对应的初步潜在滑移面进入临界失稳状态，并将其作为确定的潜在滑移面输出；若上述任一个条件不满足，则判定暂未进入临界状态。
32、优选的，所述动态临界能量阈值基于如下步骤调整：
33、采用结合结构损伤修正项和降雨修正项的调整函数对所述动态临界能量阈值进行调整，其中所述结构损伤修正项通过岩体完整性系数时变降幅与初始岩体完整性系数的比值，取自然对数后加1，再乘以损伤敏感系数，得到因岩体损伤导致的阈值修正比例；
34、所述降雨修正项通过双曲正切函数，根据累积降雨量调整阈值；
35、通过基础阈值乘以1加结构损伤修正项的和，再乘以降雨修正项，得到当前时间每个潜在滑移面的动态临界能量阈值。
36、优选的，所述应变能量密度超标率基于潜在滑动面的实际应变能密度减去应变能临界阈值，得到应变能差值，再将该差值除以应变能临界阈值，得到应变能量密度超标率；
37、其中所述应变能临界阈值基于如下步骤得到：
38、基于实时岩体完整性系数减去区域岩体完整性基准值，得到当前岩体完整性与区域平均水平的偏差值；
39、将岩体完整性偏差值乘以修正系数，再加1，得到阈值修正因子，将基准应变能阈值乘以所述阈值修正因子，得到修正后的应变能临界阈值。
40、本发明的有益效果包括：
41、本发明通过高频震源阵列获取坡体初至波走时数据，构建包含岩体完整性系数矩阵的地质模型，能够在深层岩体未显现位移前，通过弹性波速分布识别岩体结构劣化，提前锁定潜在的失稳结构薄弱区，为早期信号捕捉奠定结构基础；然后将岩体完整性系数矩阵作为先验知识嵌入应力场求解，突破传统应力监测孤立解读数据的局限，通过建立地震波传播与应力的耦合关系，反演坡体应力场分布，捕捉深层岩体因结构劣化引发的早期应力重分布信号，实现力学失稳前兆的早期感知；再基于应力与应变数据计算潜在滑移面的应变能密度分布，并通过判断应变能密度是否超过阈值、是否连续成片及扩展率是否超标，能在滑移面未完全贯通前、无明显位移时，精准判断潜在滑动面，避免依赖位移信号导致的滞后。