本发明涉及岩土分析，具体为基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法。
背景技术：
1、随着地质工程领域的发展，对地层岩土参数的空间变异性研究逐渐成为一个重要课题。传统的地质勘探方法通常依赖于少量采样点的数理统计分析，这种方法在面对地质结构复杂、空间变异性显著的区域时往往表现出一定的局限性。近年来，地质统计学方法的发展为我们提供了一种更为有效的手段，通过分析地层岩土参数的空间变异性，能够更准确地描述地质结构。地质统计学中的变差函数(variogram)成为研究地层岩土参数空间变异性的核心工具，它通过计算样本点之间的空间相关性，定量描述参数随距离变化的规律性，为地质工程提供了科学依据。然而，变差函数的计算和分析过程复杂，尤其在多尺度分析中，如何确定最优尺度以准确反映地质结构，仍是一个亟待解决的问题。
2、现有技术在变差函数计算和多尺度分析中存在诸多不足之处。首先，传统的数理统计方法难以适应岩土参数的空间变异性和随机性，导致结果的不确定性较高。其次，现有的变差函数计算方法通常基于单一尺度的分析，忽略了不同尺度下地层岩土参数的多层次变异性，难以全面反映地质结构的复杂性。此外，现有的多尺度分析方法在选择最优尺度时，往往依赖于经验和主观判断，缺乏科学的优化准则，导致采样和数据分析的成本较高。我方发明提出了一种基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，通过引入变化率和指数加权，改进变差函数模型，提高了变异性分析的精度和可靠性。该方法通过合理布置采样网格和垂直采集数据，全面捕捉地层岩土参数的空间变异性；通过多尺度分析和模型拟合，确定最优尺度，既保证了数据分析的精度，又控制了成本，具有显著的实用价值和创新性。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的技术在变差函数计算和多尺度分析方法中存在诸多不足，包括传统的数理统计方法难以适应岩土参数的空间变异性和随机性，导致结果的不确定性较高，现有的变差函数计算方法通常基于单一尺度的分析，忽略了不同尺度下地层岩土参数的多层次变异性，难以全面反映地质结构的复杂性，以及如何在保证数据分析速度的同时，选择最优尺度维持计算精度的问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，包括设置采样点，获取反映地层岩土参数空间变异性的基础数据。计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性。进行多尺度分析，确定最优尺度。
4、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述设置采样点包括在研究区域内布置一个采样网格，每平方公里布置5-10个采样点，在每个采样点处，每隔0.5米采集一次，捕捉垂直方向的变异性。
5、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述获取反映地层岩土参数空间变异性的基础数据包括在采样点进行数据的垂直采集，分别采集含水率w，液性指数l，压缩系数c，含水率通过烘干法分别确定水和干土的质量，表示为：
6、
7、其中，mw为水的质量，md为干土的质量。
8、液性指数通过液限和塑限试验测定，表示为：
9、
10、其中，wll为液限含水率，wpl为塑限含水率。
11、通过压缩试验测定岩土样本的压缩系数，表示为：
12、
13、其中，δh为样本高度变化，h为样本初始高度，δp为施加的压力变化。
14、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性包括选择滞后距离h，捕捉不同尺度的空间变异性，同步采集滞后距离的数据，计算滞后距离数据与原位置数据的差值，表示为：
15、δw(xi)＝w(xi+h)-w(xi)
16、δl(xi)＝l(xi+h)-l(xi)
17、δc(xi)＝c(xi+h)-c(xi)
18、其中，w(xi+h)表示滞后距离h处的含水率，l(xi+h)表示滞后距离h处的液性指数，c(xi+h)表示滞后距离h处的压缩系数，w(xi)表示采样点xi处的含水率，l(xi)表示采样点xi处的液性指数，c(xi)表示采样点xi处的压缩系数。
19、将变异性参数的变化率引入变异函数，表示为：
20、
21、其中，n(h)表示有滞后距离的采样对数。
22、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性还包括对变异函数进行拟合描述不同类型的空间变异性，表示为：
23、
24、其中，k0表示和k为拟合参数，a为变异函数模型的范围参数。
25、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述进行多尺度分析包括采用不同的滞后距离，重复变异函数计算和模型拟合过程，表示为：
26、
27、其中，为变异性，s为尺度数，完成后更新拟合参数，重新计算拟合模型。
28、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的一种优选方案，其中：所述确定最优尺度包括以最小化拟合前后差异构建目标函数，引入变化率和指数加权，表示为：
29、
30、选择反映地质结构的最优尺度。
31、本发明的另外一个目的是提供一种基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认系统，其能通过其中一个方案合理布置采样网格和垂直采集数据，全面捕捉地层岩土参数的空间变异性，解决了目前的变差函数计算和多尺度分析方法中存在的传统数理统计方法难以适应岩土参数空间变异性和随机性、结果不确定性较高，以及现有技术难以维持足够的计算精度不足的问题。
32、作为本发明所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认系统的一种优选方案，其中：包括数据采集模块，变异计算模块，尺度分析模块；所述数据采集模块用于设置采样点，获取反映地层岩土参数空间变异性的基础数据；所述变异计算模块用于计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性；所述尺度分析模块用于进行多尺度分析，确定最优尺度。
33、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的步骤。
34、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的步骤。
35、本发明的有益效果：本发明提供的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法通过计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性，实现了对岩土参数随空间距离变化规律的定量描述，捕捉不同尺度的空间变异性，确保变异函数能够全面反映地层的复杂性。通过对变异函数进行多尺度分析，确定能够准确反映地质结构的最优尺度，显著提升了准确性。本发明在复杂度以及准确性方面都取得更加良好的效果。
1.一种基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述设置采样点包括在研究区域内布置一个采样网格，每平方公里布置5-10个采样点，在每个采样点处，每隔0.5米采集一次，捕捉垂直方向的变异性。
3.如权利要求2所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述获取反映地层岩土参数空间变异性的基础数据包括在采样点进行数据的垂直采集，分别采集含水率w，液性指数l，压缩系数c，含水率通过烘干法分别确定水和干土的质量，表示为：
4.如权利要求3所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性包括选择滞后距离h，捕捉不同尺度的空间变异性，同步采集滞后距离的数据，计算滞后距离数据与原位置数据的差值，表示为：
5.如权利要求4所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述计算不同滞后距离下的变异函数，描述岩土参数的空间变异性还包括对变异函数进行拟合描述不同类型的空间变异性，表示为：
6.如权利要求5所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述进行多尺度分析包括采用不同的滞后距离，重复变异函数计算和模型拟合过程，表示为：
7.如权利要求6所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法，其特征在于：所述确定最优尺度包括以最小化拟合前后差异构建目标函数，引入变化率和指数加权，表示为：
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的系统，其特征在于：包括数据采集模块，变异计算模块，尺度分析模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于多尺度地层岩土参数空间变异性的最优尺度确认方法的步骤。
