[发明专利]考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法

说明书

本发明提供一种考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法，包括：确定土体参数空间分布的统计特征，构造参数随机场变量的联合概率密度函数f(x)；根据函数f(x)，产生土体参数随机场样本x⁽ⁱ⁾；构建边坡稳定性分析模型，计算土体参数随机场样本x⁽ⁱ⁾对应的边坡临界加速度系数并记录临界滑动体的位置；根据具体边坡抗震设计条件，挑选地震动加速度时间历程构建边坡临界滑动体多自由度永久位移分析模型，计算随机场样本x⁽ⁱ⁾和地震动加速度时程对应的滑动体永久位移D^(i,k)；对所得的永久位移样本进行统计分析，计算在某个设计基准期T_D下滑动体永久位移对设计位移阈值d的超越概率P_d。本发明考虑了土体参数空间变异性，计算效率较高，适用于边坡工程抗震设计实践。

技术领域

本发明属于地震作用下边坡稳定性评价的技术领域，具体涉及一种考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法。

背景技术

地震引发的滑坡灾害对人身安全、经济建设等可能造成严重的影响。因此，地震作用下的边坡稳定性问题受到了学术界和工程界的普遍关注。地震引起的永久位移是衡量边坡稳定性的重要参数之一，对该参数的准确预测对边坡工程抗震设计、加固等具有重要意义。另一方面，岩土体是一种经过各种地质、环境和物理化学过程作用形成的天然材料，其性质的区域性和个性较强，存在某种程度的天然变异性。现有的边坡地震滑移分析一般仅考虑地震荷载的不确定性，而对土体参数进行确定性取值，忽略了土体天然变异性可能导致的物理力学参数不确定性。近年来有研究提出逻辑树方法，将土体参数取值用离散型随机变量来描述，从而一定程度量化该不确定性。然而，该方法由于其固有的近似特性，无法表征土体参数的空间变异性并量化其对地震滑移预测的影响。因此，如何在边坡地震滑移分析中考虑土体参数的空间变异性是当前亟待解决的问题。统计学中的随机场理论为解决该问题提供了一种可行的工具。

考虑土体参数空间变异性往往涉及对参数的多次随机抽样(比如，蒙特卡洛模拟)以及相应的边坡滑移计算，若采用复杂的有限元计算需要耗费大量的时间和计算机资源，且不易于工程师掌握和使用。有必要发展一种能较好权衡精确程度和计算效率的地震边坡滑移估计模型。特别地，需要在计算中有效地表征土体的非线性和非均匀性特点。另外，有必要在边坡地震滑移概率分析中同时考虑地震荷载的不确定性和周期性，输出与重现期相关的滑移阈值超越概率，进而为地震作用下的边坡稳定性提供一个有效的评价指标。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法，该方法计算过程较为简便、计算效率和精确程度均较高，同时考虑了土体参数和地震动的不确定性，可以预测地震作用下边坡在某个设计基准期的滑移概率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法，包括以下步骤：

步骤1、确定土体参数空间分布的统计特征，构造参数随机场变量的联合概率密度函数f(x)；

步骤2、根据联合概率密度函数f(x)，采用蒙特卡洛模拟方法产生土体参数随机场样本x⁽ⁱ⁾，i＝1，2，...，N，i表示随机场样本编号；

步骤3、构建边坡稳定性分析模型，计算土体参数随机场样本x⁽ⁱ⁾对应的边坡临界加速度系数i＝1，2，...，N，并记录临界滑动体的位置；

步骤4、根据具体边坡抗震设计条件，挑选一组地震动加速度时间历程k＝1，2，...，m，k表示地震动编号；

步骤5、构建边坡临界滑动体多自由度永久位移分析模型，采用等效线性算法计算随机场样本x⁽ⁱ⁾和地震动加速度时程对应的滑动体永久位移D^(i，k)，i＝1，2，...，N，k＝1，2，...，m；