[发明专利]基于模拟地震软弱层的应力计算及动力响应阶段划分方法

说明书

本发明提供了一种基于模拟地震软弱层的应力计算及动力响应阶段划分方法，属于地震软弱层技术领域。本发明考虑由费马原理导出的反射定理与折射定理寻找最优化路径，并考虑波型转换，通过明确振幅衰减系数以及波传播延迟时间在应力响应中的贡献度，从而建立起振动矢量叠加函数，同时考虑到地震波在软硬层中动力响应差异，建立起各层中应力、位移的函数模型，通过输入不同类型的地震波从而计算出不同放大情况，将竖直方向上的位移相对值通过延迟时间差量和地震波的固有周期进行阶段划分，由此建立起的一系列夹软层模型其应力放大量值可以快速计算，在地质工程尤其是边坡工程领域中尤为适用，依据应力放大幅值可以定性指导边坡的加固程度。

技术领域

本发明属于地震软弱层技术领域，尤其涉及一种基于模拟地震软弱层的应力计算及动力响应阶段划分方法。

背景技术

在滑坡灾害事件中地震诱发滑坡占相当大比例，这也是继地震震害后最危险的次生灾害之一，这不仅造成生命财产的巨大损失，甚至让山区人民产生沉重心里阴影。对于含软弱夹层边坡而言其震害机理很大程度上取决于软弱层的物理力学性质，前人已对这方面进行研究并指出地震波入射时遵循射线理论，且软弱层受地震波扰动时应力明显大于上下硬层。研究大多是通过振动台试验开展的，考虑到该试验开展过程极为复杂、周期长且资金耗费大，所以其适用性不强；然而以该类试验为依托建立起一套软弱层应力放大计算，以及地震动时夹层动力响应阶段划分方法是很有必要的。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于模拟地震软弱层的应力计算及动力响应阶段划分方法，解决了软弱层中实际应力响应情况相对模糊，可视化难度大，应力响应情况与实际模型缺乏相互对照，且对动力响应阶段归纳划分的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于模拟地震软弱层的应力计算及动力响应阶段划分方法，包括以下步骤：

S1、构建包括上硬层、软弱层和下硬层的夹软层物理模型，并分别测量上硬层、软弱层和下硬层的纵横波速和密度；

S2、根据所述上硬层、软弱层和下硬层的纵横波速和密度，入射P波至夹软层物理模型产生不同路径的转换波，并分别计算得到不同路径下射线的延迟时间、P波与S波的反射系数以及P波与S波的透射系数；

S3、根据所述不同路径下射线的延迟时间、P波与S波的反射系数以及P波与S波的透射系数构建约束方程以及计算得到振幅衰减系数；

S4、根据所述射线延迟时间、振幅衰减系数以及约束方程，选取入射波的射线波动方程，并利用射线波动方程计算得到射线的合成震动响应；

S5、根据所述射线波动方程以及射线的合成震动响应，基于射线理论的模型动力响应分别分析上硬层、软弱层和下硬层中射线路径、传播时间以及振幅衰减系数，并根据上硬层、软弱层和下硬层中射线路径、传播时间以及振幅衰减系数分别计算得到上硬层、软弱层和下硬层的位移响应和应力响应；

S6、对所述上硬层、软弱层和下硬层的位移响应和应力响应进行相对化校正，分别得到上硬层的相对位移、下硬层的相对位移以及上硬层、下硬层与软弱层的波动力；

S7、将所述上硬层的相对位移、下硬层的相对位移以及上硬层、下硬层与软弱层的波动力进行对比，得到软弱层应力放大结果，完成基于模拟地震软弱层的应力计算；

S8、通过下硬层的相对位移与应力响应，以及上硬层的相对位移与应力响应建立上下硬层竖直方向位移时程曲线，并根据所述上下硬层竖直方向位移时程曲线进行动力响应阶段划分，完成基于模拟地震软弱层的动力响应阶段划分。