一种基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法

摘要

本发明公开了一种基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法，包括对待评价斜坡进行工程地质勘察以获取该斜坡的基本特征，现场采集滑带土，对该斜坡进行物理力学强度试验，并记录相应的物理力学参数；利用采集的斜坡土作为待评价斜坡模型并对其进行显式波动有限元的等效线性化；对线性化后的数据计算斜坡复合应力状态下的剪应变指标后进行收敛对每一斜坡附近可能存在的受灾对象，评估斜坡发生地质运动对其的危害性等级；输出斜坡场地模型及参数后评估出的危险性等级和危害性等级之和在危险性和危害性矩阵中确定风险等级，本发明定量反映了竖向地震动的影响程度，为斜坡场地上考虑竖向地震动的抗震设计提供了有益基础。

说明书

技术领域

本发明涉及地震评估方法技术领域，尤其涉及一种基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法。

背景技术

由于地震的发生具有时空随机性，同时地震动特性受震源、传播途径以及局部场地条件等多方面因素的共同影响，因此地震动具有复杂的特性，要想记录人体在真实地震中的各种反应及感受目前很难实现。

数次震害调查和强震观测结果表明，斜坡场地条件对地震动和建构筑物的破坏有重要影响。以往斜坡场地地震反应分析的研究多以线弹性分析为主，通常只考虑水平地震动输入，很少考虑竖向地震动对斜坡场地地震反应的影响。事实上，竖向地震动对其影响也是不可忽视的对于斜坡场地非线性地震反应特性，不同竖向地震动强度对斜坡场地地震地表反应谱的影响、覆盖土体动力特性参数对斜坡场地的竖向地震动反应的影响等问题，因此需要一种基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种用于基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明包括以下步骤：

A对待评价斜坡进行工程地质勘察以获取该斜坡的基本特征，现场采集滑带土，对该斜坡进行物理力学强度试验，并记录相应的物理力学参数；

B利用采集的斜坡土作为待评价斜坡模型并对其进行显式波动有限元的等效线性化；

C对线性化后的数据计算斜坡复合应力状态下的剪应变指标后进行收敛对每一斜坡附近可能存在的受灾对象，评估斜坡发生地质运动对其的危害性等级；

D输出斜坡场地模型及参数后评估出的危险性等级和危害性等级之和在危险性和危害性矩阵中确定风险等级，将待评价斜坡不同阶段的分析结果与现场变形破坏迹象进行对比，从而推测斜坡场地所处的变形破坏阶段并预测地震等级评估评估根据危险性得分高低，危险性得分＝斜坡隐患点因素得分+斜坡点因素得分+诱发因素强度得分：

每一类别得分A＝Σ

Xi表示每一类别下不同因素，Yi表示各个因素的权重。

进一步地，所述斜坡场地的基本特征包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质现象。

进一步地，所述复合应力状态下的剪应变指标包括八面体剪应变octγ、广义剪应变(有效应变)γ、纯剪应变(剪应变强度)γ′sγσ、象征剪应变、偏剪应变γ，选取复合剪应变评价标准的原则：1.在纯剪应力状态下，复合剪应变与已知的剪切剪应变相等，即满足单独剪切波作用下水平成层场地的等效线性化条件。

式中，为偏应变张量的第二不变量。对平面应变问题有，2J′γγεzzyzx＝＝＝0，上式变为

杨氏弹性模量，单独竖向地震动作用变为：

进一步地，评估斜坡危险性等级的因素包括斜坡隐患点因素、斜坡点因素和诱发因素强度三个类别；所述斜坡隐患点因素包括失稳证据、斜坡形态、斜坡结构特征、地质构造、水作用、人类工程活动、植被覆盖、邻近灾害体影响；所述斜坡点因素包括斜坡规模、滑动速度、斜坡滑动形式、斜坡扩展方式、岩土类型；所述诱发因素强度包括地震动峰值加速度、即时降雨、工程活动；

进一步地，一般取两个连续迭代过程中的等效剪应变较为接近，其改变量小于容许值，或者达到所规定的最大迭代次数，作为迭代收敛标准。

式中，γ

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明通过输入不同幅值、不同频谱以及不同持时震动波的形式将地震荷载模拟在模型试验中得以实现，体现出地震对于人体的的损伤效应，模拟六向的地震荷载作用，即实现三维条件下的地震模拟加载，与实际地震中的作用过程相一致。

附图说明

图1为本发明提供的基于竖向地震波对斜坡场地非线性地震评估方法的流程框图；

图2为本发明提供的地震波反演的基岩地震动输入数据图；

图3为竖向地震动强度对地剪切地震反应谱的影响示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图1-3和技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

如图1所示，本发明的方法如下：

A对待评价斜坡进行工程地质勘察以获取该斜坡的基本特征，现场采集滑带土，对该斜坡进行物理力学强度试验，并记录相应的物理力学参数；

B利用采集的斜坡土作为待评价斜坡模型并对其进行显式波动有限元的等效线性化；

C对线性化后的数据计算斜坡复合应力状态下的剪应变指标后进行收敛对每一斜坡附近可能存在的受灾对象，评估斜坡发生地质运动对其的危害性等级；

D输出斜坡场地模型及参数后评估出的危险性等级和危害性等级之和在危险性和危害性矩阵中确定风险等级，将待评价斜坡不同阶段的分析结果与现场变形破坏迹象进行对比，从而推测斜坡场地所处的变形破坏阶段并预测地震等级评估评估根据危险性得分高低，危险性得分＝斜坡隐患点因素得分+斜坡点因素得分+诱发因素强度得分：

每一类别得分A＝Σ

Xi表示每一类别下不同因素，Yi表示各个因素的权重。

所述斜坡场地的基本特征包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质现象。

所述复合应力状态下的剪应变指标包括八面体剪应变octγ、广义剪应变(有效应变)γ、纯剪应变(剪应变强度)γ′sγσ、象征剪应变、偏剪应变γ，选取复合剪应变评价标准的原则：1.在纯剪应力状态下，复合剪应变与已知的剪切剪应变相等，即满足单独剪切波作用下水平成层场地的等效线性化条件。

式中，为偏应变张量的第二不变量。对平面应变问题有，2J′γγεzzyzx＝＝＝0，上式变为

杨氏弹性模量，单独竖向地震动作用变为：

进一步地，评估斜坡危险性等级的因素包括斜坡隐患点因素、斜坡点因素和诱发因素强度三个类别；所述斜坡隐患点因素包括失稳证据、斜坡形态、斜坡结构特征、地质构造、水作用、人类工程活动、植被覆盖、邻近灾害体影响；所述斜坡点因素包括斜坡规模、滑动速度、斜坡滑动形式、斜坡扩展方式、岩土类型；所述诱发因素强度包括地震动峰值加速度、即时降雨、工程活动；

一般取两个连续迭代过程中的等效剪应变较为接近，其改变量小于容许值，或者达到所规定的最大迭代次数，作为迭代收敛标准。

式中，γ

如图2所示的入射加速度波及其峰值，分析两基岩地震动与地表地震动记录，除发现上述特征外，可以发现基岩地震动比地表地震动明显变小，如对比两者的傅立叶谱还会发现频谱成分有所改变，说明该方法反演的地震动输入与该场地特征之间有一定的针对性。另外，在地震动输入时，首先对竖向地震动进行调整，使其竖向与水平向地震动最大峰值之比满足av/ah＝1/2,2/3,1.0。即不断增强竖向地震。

在本实施例子中基岩为志留系下统龙马溪组(S1 l)页岩，呈黑色、灰黑色，产状252°∠4°。根据钻孔及勘察资料，尤其是现今抗滑桩施工挖桩孔来看，基岩表面强风化呈泥状，强风化页岩主要由粘性矿物组成，泥质结构，薄层状构造。其强度极地，用手捏即可捏碎。基岩在纵向上呈现圆弧曲线，与地表起伏基本一致。崩坡积土主要为块碎石土，表面覆盖有粘性的耕植土。通过野外取样及现场试验，并进行室内含水率试验、颗分试验、剪切试验和渗透试验，得出崩坡积层相关参数。不同竖向地震动强度对地表结点的剪切反应谱的影响图形在图3所示中给出。可以看出，随着竖向地震动强度的增加，特定周期的剪切反应谱值均有所增加，竖向地震动强度对剪切地震动的影响更明显。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。