一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法

摘要

本发明公开了一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其包括获取目标区域的地形数据和岩土体力学参数，建立对应的地质分析模型，并对地质分析模型中的滑体结构面进行网格化处理；获取目标区域的设计反应谱曲线，确定该目标区域的地震动加速度时程曲线；任选网格化滑体结构面上的一点，根据地震动加速度时程曲线，计算该点位置处的反射波、透射波的地震动位移时程曲线；利用希伯特‑黄变换算法，计算地震动位移时程曲线对应的固有模态函数和频率时程曲线。本发明能够解决现有技术中难以难以将地震波的持续时间、频率和分布差异性同时纳入考虑的问题，覆盖影响因素全面、计算可靠、适用范围广。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法。

背景技术

高陡边坡的地震稳定性分析是岩土工程的重要课题之一，目前国内外对高陡边坡地震稳定性的分析，主要采用拟静力法和数值分析方法。根据多次典型地震的灾后实地调查结果和成因机理的分析结果可知，在地震过程中，振动方向与传播方向一致的弹性波(P波)对岩质边坡的稳定性具有较大的影响，然而，P波又是一种复杂的非平稳信号，其频率特型随时间而逐渐改编，进而造成拟静力法和数值分析方法在该方面的应用收到较大的限制。

具体的，拟静力法只能考虑地震波峰值特性(PGA)对边坡稳定性的影响，而不能考虑地震波的频率和持续时间对边坡稳定性的影响；数值模拟虽然可以进行地震作用下岩质边坡稳定性的时频分析，但是操作麻烦，特别是对于岩层分布差异性较大的高陡边坡。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中难以将地震波的持续时间、频率和分布差异性同时纳入考虑的问题的高陡边坡地震稳定性时频分析方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其包括如下步骤：

S1、获取目标区域的地形数据和岩土体力学参数，建立对应的地质分析模型，并对地质分析模型中的滑体结构面进行网格化处理；

S2、获取目标区域的设计反应谱曲线，确定该目标区域的地震动加速度时程曲线；

S3、任选网格化滑体结构面上的一点，根据地震动加速度时程曲线，计算该点位置处的反射波、透射波的地震动位移时程曲线；

S4、利用希伯特-黄变换算法，计算地震动位移时程曲线对应的固有模态函数和频率时程曲线；

S5、根据固有模态函数和频率时程曲线，计算S3所选择点的应力分量；

S6、在目标滑体结构面上重复步骤S3至S5，绘制目标滑体结构面对应的应力场；

S7、根据目标滑体结构面对应的应力场，判断目标区域的地震稳定性。

本发明提供的上述高陡边坡地震稳定性时频分析方法的主要有益效果在于：

本发明通过将岩质边坡的构成及对应物理力学参数纳入考虑，能有效保证对地震危险的分析准确性，通过基于自重应力场进行分析，将滑体结构面的内摩擦角、内聚力、投射和反射系数等均纳入考虑，保证计算的全面性。同时还将地震P波的各种影响因素纳入考虑，方便计算准确性的同时，也方便建立方程，实现自动化计算分析，保证分析效率。

附图说明

图1为本发明高陡边坡地震稳定性时频分析方法的流程图。

图2为反射角与透射角的位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，其为本发明高陡边坡地震稳定性时频分析方法的流程图。

本发明的高陡边坡地震稳定性时频分析方法包括如下步骤：

S1、获取目标区域的地形数据和岩土体力学参数，建立对应的地质分析模型，并对地质分析模型中的滑体结构面进行网格化处理。

其中，地质分析模型包括基岩，基岩上方的结构为覆盖层，覆盖层与基岩之间为滑体结构面。

岩土力学参数包括基岩的密度ρ

地质分析模型如图所示，网格化处理为根据设定的比例尺，将目标区域设置为三维空间的栅格。

S2、获取目标区域的设计反应谱曲线，确定该目标区域的地震动加速度时程曲线。

进一步地，地震动加速度时程曲线通过查询《建筑抗震设计规范》得到。

而地震动位移时程曲线可通过下述计算方法得到：

S2-1、根据地震动加速度时程曲线得到地震位移时程曲线；

S2-2、对于滑体结构面上的任意一点，如图2所示，通过下述方程计算其反射角和透射角：

其中，在目标滑体结构面上，α、α′、β和β′分别为所选择点的P波的入射角、S波的反射角、P波和S波的透射角，

其中，P波的入射角和反射角相等。

进一步地，A、B、C、D的计算方法为：

其中，R

其中，ρ

波矢的计算方法为：

其中，V

S2-3、根据S2-2计算得到透射角和反射角，得到反射波和投射波的地震动位移曲线。

S3、任选网格化滑体结构面上的一点，根据前述的地震动加速度时程曲线，计算该点位置处的反射波、透射波的地震动位移时程曲线。

S4、利用希伯特-黄变换算法，计算地震动位移时程曲线对应的固有模态函数和频率时程曲线。

希伯特黄变换算法为现有公知算法，将前述计算结果代入希伯特黄变换算法，即可得到地震动位移时程曲线对应的固有模态函数和频率时程曲线。

S5、根据固有模态函数和频率时程曲线，计算S3所选择点的应力分量；

进一步地，应力分量方程为：

其中，

S6、在目标滑体结构面上重复步骤S3至S5，得到每个点对应的各应力值，从而根据各应力值绘制目标滑体结构面对应的应力场。

S7、根据目标滑体结构面对应的应力场，判断目标区域的地震稳定性。

进一步地，判断目标区域的地震稳定性的方法包括：

S7-1、对于剪切破坏的场合，计算滑体结构面上总的下滑力和抗滑力，其计算方法为：

其中，τ

S7-2、对于剪切破坏的场合，破坏判断条件公式为：

f

其中，K

当f

S7-3、对于拉伸破坏的场合，计算滑体结构面上总的下滑力和抗滑力，其计算方法为：

其中，σ

S7-4、对于剪切破坏的场合，破坏判断条件公式为：

f

当f

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。