[发明专利]基于随机传递函数法的泄洪诱发场地振动预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于随机传递函数法的泄洪诱发场地振动预测方法，属于水利水电工程技术领域。

背景技术

高坝泄洪引起的场地振动反复发生且持续时间长，容易引起地基液化、建筑物基础不均匀沉降、建筑物墙体开裂等危害。对精密仪器的正常工作产生不良影响，引起建筑物产生二次噪声，还容易诱发建筑物产生共振。同时振动会干扰居民的正常生活，并对身心造成一定程度的影响。因此，在水电站实际运行中，对泄洪诱发场地振动做出预测，预判场地振动强度，评估振动带来的影响，是避免或减小上述危害的有效手段。

基于实测数据计算传递函数的场地振动预测方法，由于具有能够预测振动强度和频谱特性、可进行快速在线预测等优点，成为预测场地振动的最主要手段。但是大坝泄流诱发场地振动“动水荷载-坝体-消力池-地基-场地”相互作用和影响下的多因素耦合动力问题，对场地振动进行预测涉及到：1)动水荷载-泄流结构相互作用系统；2)泄流结构-大坝基础相互作用系统；3)地层振动波传播系统，三个子系统相互作用、相互藕合，且，各子系统的振动传递过程中存在各种干扰因素与不确定因素的影响，使得高坝泄洪诱发场地振动问题异常复杂。

以往通过传递函数对场地振动等问题进行预测，多通过建立单一激励与单一响应关系实现，对类似高坝泄洪诱发场地振动这种多激励源激励下的单一响应输出预测研究较少，目前尚没有一种较为合理的泄洪诱发场地振动预测方法，能够得到较为准确的预测结果。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种基于随机传递函数法的泄洪诱发场地振动预测方法，对每一振源的实测信号进行滤波处理后，组成多振源激励信号作为输入信号，对输出测点的实测信号进行滤波处理后，作为输出响应信号，建立传递函数，基于传递函数的无偏估计计算预测结果信号，并在预测结果信号基础上进行噪声修正，作为最终的预测结果，预测结果较为准确，能够为泄洪诱发场地振动做出预判与评估。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于随机传递函数法的泄洪诱发场地振动预测方法，包括：

对每个单一振源的实测信号进行滤波处理后，组成多振源激励源信号，作为输入信号，

对输出测点的实测信号进行滤波处理后，作为输出响应信号，

基于该输入信号与输出响应信号，建立传递函数，基于传递函数的无偏估计法，计算预测结果信号，

在预测结果信号的基础上叠加噪声序列，作为最终的预测结果。

所述对实测信号进行滤波处理的方法为：

S1：构造与实测信号的信号长度相对应的白噪声信号，对其进行EEMD分解，计算噪声指标值η_j；

η_j＝σ_j/σ₁(3)

其中，σ_j为第j个IMF分量的标准差，σ₁为第1个IMF分量的标准差；

其中，c_j(k)为第j个IMF分量，为c_j(k)的均值，N为信号长度；

S2：对实测信号进行EEMD分解，计算其各IMF分量的标准差σ_j’；

S3：计算经EEMD分解的实测信号的各IMF分量的噪声标准差λ_j；

噪声标准差λ_j的计算公式为：

λ_j＝η_jσ₁`(4)

其中，j＝2，3，4，...，n，n为整数；

S4：判别实测信号各IMF分量中包含的噪声成分，当λ_j等于或大于相应的σ_j’时，将该第j个IMF分量直接滤除；当λ_j小于相应的σ_j’时，对该第j个IMF分量进行小波阈值滤波。

所述小波阈值滤波的计算公式为：

所述噪声序列的方差为：

其中，x为滤波处理前的输出响应信号，y为滤波处理后的输出响应信号，为滤波处理后时间序列的方差，为滤波处理后的噪声序列的方差。

本发明的优点是：

1、对每一振源的实测信号及输出测点的实测信号进行改进的EEMD与小波阈值联合的滤波降噪处理，既可有效滤除白噪声，又能准确保留振动信号中的有用成分，提高场地振动预测的准确性；