[发明专利]任一方向入射平面波激振边坡地震动响应模拟方法

说明书

本发明公开了一种任一方向入射平面波激振边坡地震动响应模拟方法。所述模拟方法包括：获取边坡原型参数；根据弹性波动理论，利用边坡原型参数，建立相似性条件；按照相似性条件，建造二维边坡模型，配置实验系统；对二维边坡模型划分观测网格，建立观测坐标系，确定观测点以及激发点；利用观测点和激发点采集二维边坡模型所有激发点单点激振的动力响应波场位移时程数据；根据本多夫定律和惠更斯原理，利用二维边坡模型单点激振动力响应波场位移时程数据，叠加合成任一方向入射的平面波激振边坡模型波场，揭示任一方向入射平面波激振边坡地震动响应。采用本发明所提供的模拟方法及系统，能够实现地震波以任意角度入射到边坡底部的平面波激振模拟。

技术领域

本发明涉及边坡地震动力响应模拟领域，特别是涉及一种任一方向入射平面波激振边坡地震动响应模拟方法。

背景技术

地震灾害是人类所面临的最严重的自然灾害之一，强烈的地震动摧毁建筑物、诱发次生地质灾害，从而殃及人类。地震触发的边坡失稳规模大、范围广，是危害最为严重的地质灾害之一；地震动力破坏失稳是产生边坡地震运动(临空抛射、撞击崩裂、高速滑流)的前提，因此边坡地震动力学研究对边坡地震灾害评估意义重大；在地震波动激励作用下边坡岩土体的动力响应，是边坡地震稳定性研究的基础，也是边坡地震动力学研究的核心问题之一。

我国是一个多地震国家，地震诱发的边坡失稳会直接威胁到人民的生命财产安全，因此边坡地震稳定性研究意义重大。然而，地震诱发边坡失稳有很大的不确定性，这种不确定性主要来自边坡自身性状和潜在地震作用两个方面，边坡自身性状属于地震边坡失稳的易发条件，包括边坡岩土体结构和物理力学性质以及边坡几何形状等；潜在地震作用属于边坡失稳的诱发因素。对于一个具体的边坡，可以认为边坡的自身性状相对确定，主要的不确定性来自于未来的地震作用，也就是诱发因素。传统工程地震学将地震动力作用归纳为地震动的强度、频率和持续时间，即所谓的“地震动三要素”，对地震动力作用方式(即，地震动力作用方向和作用性质)这一要素考虑够。

目前，在一般场地土层或结构的地震反应分析中，通常假定地震波为S波垂直入射，即场地地下水平激振边界上各点的入射地震波动相同且同步水平振动。这对于震源距离较近的场地地震反应问题基本上是合理的，然而对于震源较远(特别是浅源地震并且震源与工程场地有一定距离时)的场地地震反应问题而言，地震波并非垂直入射，而是以一定的方位和入射角向场地入射，场地地下激振边界各点起振不同步，从而导致场地不同位置地震动呈现出显著的相位差异和地震动力作用性质的变化。值得注意的是，一次地震引发的失稳边坡中，震中区以外高烈度区域更广，与震中区比较，震中区以外的地震边坡失稳所占的数量更大，因此，地震平面波斜入射激振是更为普遍的情况。当研究对象为大型结构工程或者高边坡时，斜入射引起的地震动力响应与垂直入射相比会有很大的不同。目前，斜入射带来的地震动力响应问题并没有受到足够的重视。

综上所述，当前边坡地震动力响应研究中，地震荷载的输入方法单一，很少考虑地震波从不同方向斜入射的问题，也很少考虑不同震相地震波的作用；同时，输入地震波的频率、持时选择和不同震相地震波叠加处理考虑不够完善；因此，在边坡地震动力响应分析中，急需一套任一方向平面体波入射激振的模拟技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种任一方向入射平面波激振边坡地震动响应模拟方法，以解决现有地震荷载的输入方法单一，很少考虑地震波从不同方向斜入射的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种任一方向入射平面波激振边坡地震动响应模拟方法，包括：

获取边坡原型参数；所述边坡原型参数包括边坡原型的几何形态和尺度、边坡原型介质中的弹性波波速和波动频率；

根据弹性波动理论，利用所述边坡原型参数，建立相似性条件；

按照所述相似性条件，建造二维边坡模型，配置边坡波场模拟实验系统；