基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法

本发明涉及概率地震边坡滑移危险性分析，具体地指一种基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法。

背景技术：

1、在发生地震的时候，一次主震过后往往会伴随一系列余震，其中不乏震级为5.0以上的强余震。这些强余震可能使得部分在主震作用下已经发生损伤的边坡进一步累积损伤而发生失稳，从而形成崩塌、滑坡等地质灾害。大量公路、铁路等基础设施建设在地震基本烈度ⅶ度及以上的山区，这些山区容易发生地震以及地震的强度也比较大。因此，为了给灾后救援与重建工作提供指导性意见，降低、避免余震诱发的崩塌、滑坡灾害对基础设施及其周边环境造成的生命和财产损失，对地震作用下的边坡余震失稳预警等级进行评估十分必要。

2、边坡地震滑动位移的年均超越概率是边坡抗震设计与地震风险评估的重要依据，可通过边坡地震滑移危险性分析获得。而目前对于边坡地震滑移危险性的分析主要包括两种方法，其一是基于滑移预测模型的全概率方法实施边坡地震滑移危险性分析，然而该方法存在准确度不高以及难以有效量化土参数不确定性的影响等问题；而另一方法则是基于易损性函数的边坡地震滑移危险性分析方法。但是，上述两种方法都是针对主震引发的边坡滑移危险性分析，都没有考虑计算边坡余震滑动位移的年均超越概率的有效方法。而相比于边坡主震滑移危险性分析，边坡余震滑移危险性分析应体现余震的特点，即地震危险性随时间衰减和主震作用后的边坡将处于不同的损伤状态。因此需要针对余震进行边坡余震滑移危险性分析，确定边坡余震失稳预警等级，为后续针对不同的边坡余震失稳预警等级实施不同的应对措施提供指导性意见。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有方法的不足，提供一种基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法，为后续针对不同的边坡余震失稳预警等级实施不同的应对措施提供指导性意见。

2、本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

3、本发明提供一种基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法，包括以下步骤：

4、步骤1、确定地震强度参数与工程需求参数，并定义边坡极限状态和边坡损伤状态；

5、步骤2、确定边坡所处场地的主震危险性曲线和余震危险性曲线；

6、步骤3、根据所述主震危险性曲线选择危险性一致的地震记录作为主震地震波，并根据所述主震地震波构造余震地震波；

7、步骤4、建立未损伤边坡的数值模型，结合所述工程需求参数和所述边坡损伤状态，对所述主震地震波进行动力分析；根据不同的所述边坡损伤状态建立主震损伤边坡数值模型，对所述余震地震波进行动力分析；

8、步骤5、根据所述主震地震波进行动力分析的结果确定未损伤边坡的主震失稳易损性曲线，根据所述余震地震波进行动力分析的结果以及不同的所述边坡损伤状态确定主震损伤边坡的余震失稳易损性曲线；

9、步骤6、将所述主震危险性曲线与所述未损伤边坡的主震失稳易损性曲线卷积得到边坡主震失稳年均超越概率，将所述余震危险性曲线与所述主震损伤边坡的余震失稳易损性曲线卷积得到边坡余震失稳年均超越概率；

10、步骤7、基于所述边坡主震失稳年均超越概率和所述边坡余震失稳年均超越概率得到边坡余震失稳系数，并结合所述边坡余震失稳系数的所预设的阈值确定边坡所处场地的对应边坡余震失稳预警等级。

11、进一步地，在所述步骤1中，峰值地震加速度作为地震强度参数，坡顶监测点的竖向滑动位移作为工程需求参数；并根据误差标准确定所述地震强度参数的分析精度与分析范围，以及根据误差标准确定所述工程需求参数的分析精度与分析范围；并根据所述工程需求参数的取值来定义所述边坡极限状态，根据所述边坡极限状态划分所述边坡损伤状态。

12、进一步地，在所述步骤2中，通过概率地震危险性分析方法来确定所述边坡所处场地的主震危险性曲线，且所述边坡所处场地的主震危险性曲线为时不变曲线；根据主震条件，通过余震概率地震危险性分析方法来确定所述边坡所处场地的余震危险性曲线，且所述边坡所处场地的余震危险性曲线为时变曲线。

13、进一步地，所述通过余震概率地震危险性分析方法来确定所述边坡所处场地的余震危险性曲线包括：

14、确定主震矩震级mm、余震震级下界mmin、线震源长l、场地到线震源最短距离d，且余震在潜在线震源上发生的概率处处相等；

15、计算余震地震危险性所述余震地震危险性通过如下公式计算：

16、

17、式中，λ*(t,t；mm)表示发生震级mm的主震后的t时刻到t+t时刻的时段t内余震平均发生次数；im为假设的地震强度参数常数，im为地震强度参数的计算变量；fm(m)和fr(r)分别表示矩震级mw和震源距离rrup的概率密度函数，其中m为当前的矩震级，r为当前的断裂距离；p{im>im|m,r}表示给定mw和rrup时im的超越概率函数，可通过地震预测公式计算得到；

18、λ*(t,t；mm)、fm(m)和fr(r)的计算公式依次如下：

19、

20、

21、

22、式中，μ(τ；mm)函数表示为主震矩震级为mm在τ时段内余震发生的次数，τ为主震发生后经历的时间段，a、b、c和p均为地区经验常数。

23、进一步地，在所述步骤3中，根据所述主震危险性曲线、概率地震危险性分析方法确定的解聚结果以及所确定的边坡所处场地规定深度范围内的岩土层剪切波速加权平均值选择主震危险性一致的若干条地震记录作为所述主震地震波，根据所述主震地震波构造若干条余震地震波；其中，所述主震地震波的数量和所述余震地震波的数量相同。

24、进一步地，所述所确定的边坡所处场地规定深度范围内的岩土层剪切波速加权平均值包括边坡所处场地不同深度范围内的岩土层剪切波速加权平均值。

25、进一步地，其中，所述步骤4进一步包括如下子步骤：

26、步骤4.1、建立边坡网络模型，并设定本构模型参数和静力边界条件，实施静力平衡分析，获得未损伤边坡数值模型；

27、步骤4.2、假设处于指定的边坡损伤状态的边坡工程需求参数服从某一分布；采用拉丁超立方抽样生成n个处于所述指定的边坡损伤状态的边坡的目标工程需求参数，将这些所述目标工程需求参数与所述主震地震波进行一一随机配对；

28、步骤4.3、以任意一条主震地震波作为输入地震动，对所述步骤4.1中的所述未损伤边坡数值模型实施动力分析；通过缩放所述主震地震波的幅值，使得动力分析结束时的边坡实际工程需求参数与该所述主震地震波对应的目标工程需求参数一致；重复本步骤n次，从而获得n个处于指定边坡损伤状态的主震损伤边坡模型；

29、步骤4.4、以所有主震地震波作为输入地震动，对所述步骤4.1中的所述未损伤边坡数值模型实施动力分析；

30、步骤4.5、将n条余震地震波与所述步骤4.3中的n个所述处于指定边坡损伤状态的主震损伤边坡模型随机一一配对，并实施动力分析。

31、进一步地，在所述步骤6中，所述将所述主震危险性曲线与所述未损伤边坡的主震失稳易损性曲线卷积得到边坡主震失稳年均超越概率的卷积公式为：

32、

33、式中，p[d≥ls4|pga＝pga]表示未损伤边坡的主震失稳易损性曲线，pga为峰值地震加速度，pga为当前峰值地震加速度的具体数值，λpga(pga)为主震峰值地震加速度为pga时的年均超越概率，d为坡顶监测点的竖向滑动位移，ls4为边坡最大极限状态；

34、通过上述卷积公式得到所述边坡余震失稳年均超越概率

35、进一步地，在所述步骤7中，将边坡余震失稳年均超越概率与边坡主震失稳年均超越概率λd(ls4)之比定义为边坡余震失稳系数。

36、进一步地，通过所述边坡余震失稳系数所预设的两个阈值，确定边坡所处场地的对应的边坡余震失稳预警等级为低级、中级或高级三个预警等级中的一种。

37、本发明的有益效果为：本发明所提供的基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法通过确定边坡所处场地的主震危险性曲线和余震危险性曲线，并且考虑了余震危险性随时间衰减的特性，并通过主震损伤边坡的余震失稳易损性分析考虑了处于不同损伤状态的边坡，能够反映出工程实际的情况。定义了边坡余震失稳系数，并通过所述边坡余震失稳系数的阈值确定边坡余震失稳预警等级，可以有效划分不同受损情况的边坡的失稳等级。

38、本发明所提供的基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法适用性强，本发明所提供的方法依托基于性能的地震工程理论框架，在现有的边坡地震滑移危险性分析理论的基础上，提出了有效的边坡余震滑移危险性分析方法，概念清晰、简单易懂，既可以采用标量地震强度参数，又可以采用矢量地震强度参数，还可以方便地考虑各种不确定性因素的影响。以及

39、本发明所提供的基于滑移危险性的边坡余震失稳预警等级确定方法计算准确度比较高，本发明所提供的方法通过选择危险性一致的地震波突出不同场地地震条件的差异，通过非线性动力分析体现不同边坡在岩土材料强度、刚度和边坡地貌等方面的差异，可获得接近工程实际情况的边坡地震滑动位移，适用于须要重点分析的实际边坡工程案例。