[发明专利]一种边坡震害损伤的能量识别方法

说明书

本发明公开了一种边坡震害损伤的能量识别方法，包括以下步骤：对实测的地震波时程预处理；进行经验模态分解，生成多个本征模态函数分量；各个本征模态函数进行希尔伯特变换，得到各个本征模态函数时频谱；通过各个本征模态函数的时频谱，得到对应地震波时程的边际谱；根据得到边际谱对边坡内部的地震波能量进行定量判识；判定坡体内部的地震波能量分布，并根据地震波能量分布推断坡体内部震害损伤出现的位置；根据坡体内部损伤出现的位置，结合边坡表面位移和裂隙观测结果，推断含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏模式。该方法从根本上揭示地震作用下边坡的破坏机理，在土木工程领域和地质灾害防治领域应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及地质灾害技术领域，特别是一种边坡震害损伤的能量识别方法。

背景技术

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，即EMD)是HHT(希尔伯特-HuangTransform)的组成部分，是由Norden E.Huang和Steven R.Long等人于1998年发表的“TheEmpi rical Mode Decomposition and the希尔伯特Spectrum for Nonlinear and Non-stationary Time Series Analysis”中提出的一种用于处理非平稳信号的方法。EMD的作用是将非平稳信号分解为若干满足希尔伯特变换的本征模态函数IMF(intrinsic ModeFunction)，对这些IMF进行希尔伯特变换，能够得到信号瞬时频率的分布情况。EMD具有完全自适应性，能够根据具体信号来自适应产生“基”，即由“筛选”过程产生的IMF，不需要预设基函数，这也正是EMD的优势所在。

传统的边坡破坏模式研究多基于模型试验或数值分析中边坡表面的位移和变形监测，未能从边坡自身特征参数和坡体内部监测物理量入手进行研究。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种边坡震害损伤的能量识别方法，该方法从根本上揭示地震作用下边坡的破坏机理，提升工程技术人员和科研工作者对地震滑坡的认知水平，且本发明提供的方法具有操作性强、创新性高等优点，在土木工程领域和地质灾害防治领域应用前景广泛。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种边坡震害损伤的能量识别方法，包括以下步骤：

a、对边坡层面上地震损伤部位不同位置处测点实测的地震波时程进行带通滤波和基线校正的预处理；

b、对预处理后的地震波时程进行经验模态分解，生成多个本征模态函数分量以及残余分量；

以X(t)表示经预处理后的地震波时程数据，对预处理后的地震波时程进行经验模态分解后得到：

其中t为时间，c_j(t)为第j阶本征模态函数IMF_j，r_n(t)为经过n次经验模态函数分解后的残余分量，残余分量r_n(t)为常数、单调函数或只有一个极大值和极小值点的函数。

c、对步骤b中的生成的各个本征模态函数进行希尔伯特变换，得到各个本征模态函数时频谱；分别对本征模态函数c₁(t)、c₂(t)…c_n(t)进行希尔伯特变换，得到相应的希尔伯特谱，即将每个本征模态函数c_n(t)表示在联合的时频域中，具体步骤为：

c_n(t)经希尔伯特变换后的数据记为c_n(t)，则：

其中P为柯西主值

则可得到解析信号Z(t)：