[发明专利]一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法

权利要求书

1.一种高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述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。

3.根据权利要求1所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述岩土力学参数包括基岩的密度ρ₁、基岩中的P波波速C_p1、S波波速C_s1及剪切模量G₁，和覆盖层的密度ρ₂、覆盖层中的P波波速C_p2、S波波速C_s2及剪切模量G₂。

4.根据权利要求3所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述地震动加速度时程曲线通过查询《建筑抗震设计规范》得到。

5.根据权利要求4所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述地震动位移时程曲线的计算方法为：

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，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，和分别为平行和垂直于滑体结构面的第i个波矢，λ₁和λ₂均为拉梅第一参数，μ₁和μ₂均为拉梅第二参数；A、B、C、D均为系数；

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。

6.根据权利要求5所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述P波的入射角和反射角相等。

7.根据权利要求5或6所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述A、B、C、D的计算方法为：

其中，R₁、R₂分别为覆盖层和基岩中的波阻抗，满足：

其中，ρ₁和ρ₂分别为覆盖层和基岩密度，V_p1和V_p2分别为纵波在覆盖层和基岩中的速度。

8.根据权利要求7所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述波矢的计算方法为：

其中，V_s1和V_s2分别为横波在覆盖层和基岩中的速度，S为应力波的势函数，ω为位移的竖向分量。

9.根据权利要求1所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述应力分量的计算方法为：

其中，和C分别为滑体结构面的内摩擦角和内聚力，σ₀和τ₀分别为初始法向和切向应力；σ_tension为滑体结构面上的允许拉应力。

10.根据权利要求9所述的高陡边坡地震稳定性时频分析方法，其特征在于，所述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_si、σ_0i、和C_i分别为第i个网格点的切向应力、正向应力、内摩擦角和粘聚力；

S7-2、对于剪切破坏的场合，破坏判断条件公式为：

f₃＝F_抗/F_滑-K₀，

其中，K₀为预设的极限抗震系数；

当f₃值为负时，即滑体存在破坏危险，否则滑体处于范围；

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_ni和σ_tensioni分别为第i个网格点的拉应力和抗拉强度；

S7-4、对于剪切破坏的场合，破坏判断条件公式为：

f₄＝F_抗/F_拉-K₀，

当f₄值为负时，即滑体存在破坏危险，否则滑体处于范围。