[发明专利]一种基于原位监测的海底斜坡震后稳定性分析方法

权利要求书

1.一种基于原位监测的海底斜坡震后稳定性分析方法，其特征在于, 具体包括以下步骤:

S1：对拟监测的海底斜坡进行现场地质调查，获取该斜坡地形地貌数据，识别潜在滑动面，确定拟监测区域，设置监测剖面；

S2：在监测剖面两端潜在滑动面布设具有数据实时传输功能的位移原位监测装置；

S3：根据地形地貌数据，建立斜坡几何模型；

S4：获取滑体基本物理力学指标；

S5：构建计算任务的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程；

式（6）；

S6：将利用有限差分法，将步骤S5中构建的控制方程离散，得到海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的离散化格式；

式（8），式（8）中，；，，为滑体密度，为滑体侧压缩模量，为静止剪切应力，为斜坡倾角，为滑体垂直厚度，为地震中剪切带内动剪切应力，为地震加速度，为滑体相对基岩的位移，，为海底斜坡水平长度， 为设定的距离步长，，为地震持续时长，为设定的时间步长；

S7：选取合适的模型描述剪切带土动力学本构关系，并获取模型参数；

S8：考虑地震作用后滑带土强度不均匀折减的实际情况，推导海底斜坡失稳临界初始剪切带长度值计算公式；

S9：地震加速度时程曲线数据和原位监测点位移时程数据实时传输至地面接收中心，将数据转化为txt格式；

S10：将原位监测点位移时程数据作为边界条件，利用MATLAB软件编写程序，输入计算参数值，读取地震时程数据，计算海底斜坡地震动力响应；

所述MATLAB软件编写程序过程为：假设在第 k个时间步内剪切带中动剪切应力保持不变，即为时动剪切应力；下一时步内的动剪切应力根据步骤S6中的式（8）计算得到的位移和土动力学本构方程计算得到；将重复该过程直至地震结束，即计算得到海底斜坡地震动力响应过程；

S11：计算斜坡滑带初始剪切应力比分布，计算斜坡滑带初始剪切应力比分布，根据下式：

式（18）；

S12：预测地震作用后，滑带土强度折减系数分布；

S13：计算地震作用后，斜坡滑带剪切应力比分布，确定海底斜坡初始破坏区，地震作用后斜坡滑带剪切应力比分布表示为

式（19）；

S14：判断海底斜坡是否破坏。

2.根据权利要求1所述的一种基于原位监测的海底斜坡震后稳定性分析方法,其特征在于,所述步骤S3中，拟采用指数函数描述海底斜坡几何形态，建立斜坡几何模型，如表示下：

为斜坡最陡处坡度，H为半坡高。

3.根据权利要求1所述的一种基于原位监测的海底斜坡震后稳定性分析方法,其特征在于,所述步骤S4中滑体基本物理力学指标包括滑体密度，滑体侧压缩模量。

4.根据权利要求1所述的一种基于原位监测的海底斜坡震后稳定性分析方法,其特征在于,所述步骤S5中的具体推导过程如下：在地震前，海底斜坡处于静止状态，斜坡单元受力状态满足力矩平衡原理，为海底斜坡初始静止侧压力；为静止剪切应力；为斜坡曲率半径；为剪切带长度；为斜坡倾角；为滑体垂直厚度，并满足；为滑体浮重度，计算式如式（1）所示，

式（1）

在地震过程中，海底斜坡运动满足角动量守恒原理，为地震作用增加的侧压力；为地震中剪切带内动剪切应力；为地震加速度；为滑体相对基岩的位移；

  式（2）

为角动量变化率，表示为：

  式（3）

假设地震作用过程中，滑体单元间压缩和拉伸满足胡克定律，表示为：

      式（4）

为滑体侧压缩模量；

由于海底滑坡角度较小，因此满足下式：

      式（5）

将式（2）减式（1），并将式（3）至式（5）代入，得步骤S5中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的式（6）；步骤S5中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的边界条件为：

       式（7）

式（7）中表示坐标处，在时刻滑体相对基岩的位移；表示坐标处，在时刻滑体相对基岩的加速度；，；，为海底斜坡水平长度, 为设定的距离步长；，为地震持续时长, 为设定的时间步长；为边界点处在时刻滑体相对基岩的位移，由于海底斜坡在边界处坡度非常平缓，近似水平，由水平地震响应计算得到。