1.一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于,具体步骤包括:
鉴于待分析陡倾岩层基坑的基坑参数,建立陡倾岩层基坑实物模型,所述基坑参数包括基坑深度、基坑水平距离、岩体边坡结构面倾角和岩体边坡结构面厚度;
根据基坑深度,在基坑模型底部和岩体边坡结构面上设置若干综合监测单元,综合监测单元由加速度传感器、压力传感器和位移传感器组成,每个综合监测单元安装位置即为一个动力响应监测点;
将设置有传感器的陡倾岩层基坑实物模型,放置在振动台上进行振动台模型试验,采用地震荷载的水平和竖直双向激励来模拟地震情景,其中激励波形为天然地震波和正弦波;
设定激励的施加振幅级数,每级振幅下设置若干波形输入频率和加载持续时间的子集数据,在每级振幅下通过改变设置的子集数据进行每级振幅模拟试验,基于输入施加振幅的增大,逐级进行振动台模型试验,当模型岩体边坡结构面在试验中被破坏后,终止振动台模型试验,记录完整试验过程中综合监测单元的动力响应参数,所述动力响应参数包括加速度、孔隙水压力和位移;
在完整试验的不同时刻处,根据不同位置综合监测单元采集的动力响应参数,计算所对应的局部有效应力变化和应变,基于局部有效应力变化和应变计算得到局部损伤指标,根据综合监测单元设置位置的坐标为对应局部损伤指标分配权重,通过加权平均计算得到全局损伤指标;
筛选出全局损失指标大于安全阈值的时刻以作为风险时刻,记录各个风险时刻所对应的振幅级数和波形输入频率,以此确定各个振幅级数下的风险波形输入频率,实时监测待分析陡倾岩层基坑以获取实时振幅级数和实时波形输入频率,在同振幅级数下若实时波形输入频率大于风险波形输入频率,则发出安全指示。
2.根据权利要求1所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:根据基坑深度设置传感器所依据的逻辑为:标定基坑深度为H,基坑与土层交界处的深度定义为
0,即H=0处,在深度为0的基坑模型底部以及深度为 和 处的岩体边坡结构面上各设定多组传感器,形成四层布局,每层布局的多组传感器等距设置;
每个综合监测单元安装位置即为一个动力响应监测点,三个传感器之间捆绑在一起,形成一个综合监测单元,共同采集监测点的动力响应参数。
3.根据权利要求1所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:采用地震荷载的水平和竖直双向激励来模拟地震情景,其中激励波形为天然地震波和正弦波,设定激励的施加振幅级数为0.1g、0.2g、0.3g直至0.7g的天然地震波和正弦波,振幅由0.1g到0.7g逐级输入,每级振幅下设置若干波形输入频率和加载持续时间的子集数据,在每级振幅下,正弦波的输入频率分别设置为10Hz、15Hz、20Hz和25Hz四级,加载持续时间分别设置1os、20s、30s和40s四级,试验进行的逻辑为从0.1g的激励振幅开始测试,在0.1g的激励振幅的固定施加下,选择10Hz频率的正弦波,加载持续时间选择为1os,之后激励振幅和正弦波频率不变,增加加载持续时间为二级,即20s,当加载持续时间四个等级全部施加完毕,试验没有结束,逐级增加正弦波的输入频率,同样历经加载持续时间四个等级,当正弦波的输入频率四个等级全部施加完毕,在试验没有结束的情况下,逐级增加激励振幅。
4.根据权利要求1所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:在完整试验的不同时刻处,根据不同位置综合监测单元采集的动力响应参数,计算所对应的局部有效应力变化和应变,其中计算所对应的局部有效应力变化所依据的公式为:Δσ′i(t)=Δσi(t)‑Δui(t)
式中,Δσ′i(t)为第i个动力响应监测点在t时刻的局部有效应力变化,Δσi(t)为第i个动力响应监测点在t时刻的总应力,Δui(t)为第i个动力响应监测点在t时刻的孔隙水压力变化,其中i=1,2,…,P*4;P*4为所有综合监测单元的个数;
其中第i个动力响应监测点在t时刻的总应力Δσi(t)由加速度计算得到,所依据的公式为:Δσi(t)=ρ*αi(t)
式中,ρ为岩体的密度,αi(t)表示第i个动力响应监测点在t时刻的加速度;
第i个动力响应监测点在t时刻的孔隙水压力变化Δui(t)计算所依据的公式为:
Δui(t)=ui(t)‑ui(t‑1)
式中,ui(t)表示第i个动力响应监测点在t时刻的孔隙水压力,ui(t‑1)表示第i个动力响应监测点在t‑1时刻的孔隙水压力;
应变计算所依据的公式为:
式中,∈i(t)为第i个动力响应监测点在t时刻的应变,H为基坑深度,Δvi表示第i个动力响应监测点在t时刻的位移变化量,其中位移变化量表示公式为:Δvi(t)=vi(t)‑vi(t‑1)
式中,vi(t)表示第i个动力响应监测点在t时刻的位移,vi(t‑1)表示第i个动力响应监测点在t‑1时刻的位移。
5.根据权利要求4所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:基于局部有效应力变化和应变计算得到局部损伤指标所依据的公式为:式中,Di(t)为第i个动力响应监测点在t时刻的局部损伤指标,σmax,i表示在i个动力响应监测点处设计允许的最大有效应力,∈max,i表示在i个动力响应监测点岩层的最大允许应变。
6.根据权利要求5所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:根据综合监测单元设置位置的坐标为对应局部损伤指标分配权重,通过加权平均计算得到全局损伤指标所依据的逻辑为:根据综合监测单元的安装位置,记录每个综合监测单元即动力响应监测点的初始位置为(xi,yi,zi),确定基坑的中心位置为(xc,yc,zc),计算动力响应监测点与基坑中心(xc,yc,zc)的距离Ri,计算距离Ri所依据的公式为:基于动力响应监测点与基坑中心(xc,yc,zc)的距离Ri计算对应局部损伤指标的权重所依据的公式为:式中ωi表示第i个动力响应监测点局部损伤指标分配的权重;
对全部动力响应监测点局部损伤指标分配的权重进行归一化处理,进行归一化处理所依据的公式为:式中,4*P表示动力响应监测点的数量;
根据归一化后的各局部损伤指标的权重,通过加权平均计算得到全局损伤指标,全局损伤指标计算所依据的公式为:式中,Dtotal(t)表示在t时刻的全局损伤指标。
7.根据权利要求6所述的一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,其特征在于:计算风险波形输入频率所依据的逻辑为:标定预先设置的安全阈值为yz;
当Dtotal(t)>yz时,判断t时刻为风险时刻;记录风险时刻所对应的振幅级数和波形输入频率,统计处于同一振幅级数下的各波形输入频率,并将其均值作为与该振幅波级所对应的风险波形输入频率。
8.一种陡倾岩层基坑地震动力响应分析系统,其特征在于:所述陡倾岩层基坑地震动力响应分析系统用于执行权利要求1‑7任一项所述的陡倾岩层基坑地震动力响应分析方法,包括:基坑模型建立模块,用于分析待分析陡倾岩层基坑的基坑参数,建立陡倾岩层基坑实物模型,所述基坑参数包括基坑深度、基坑水平距离、岩体边坡结构面倾角和岩体边坡结构面厚度;
监测点设置模块,用于根据基坑深度,在基坑模型底部和岩体边坡结构面上设置若干综合监测单元,综合监测单元由加速度传感器、压力传感器和位移传感器组成,每个综合监测单元安装位置即为一个动力响应监测点;
激励模拟施加模块,用于将设置有传感器的陡倾岩层基坑实物模型,放置在振动台上进行振动台模型试验,采用地震荷载的水平和竖直双向激励来模拟地震情景,其中激励波形为天然地震波和正弦波;
动力响应参数监测模块,用于设定激励的施加振幅级数,每级振幅下设置若干波形输入频率和加载持续时间的子集数据,在每级振幅下通过改变设置的子集数据进行每级振幅模拟试验,基于输入施加振幅的增大,逐级进行振动台模型试验,当模型岩体边坡结构面在试验中被破坏后,终止振动台模型试验,记录完整试验过程中综合监测单元的动力响应参数,所述动力响应参数包括加速度、孔隙水压力和位移;
损伤指标分析模块,用于在完整试验的不同时刻处,根据不同位置综合监测单元采集的动力响应参数,计算所对应的局部有效应力变化和应变,基于局部有效应力变化和应变计算得到局部损伤指标,根据综合监测单元设置位置的坐标为对应局部损伤指标分配权重,通过加权平均计算得到全局损伤指标;
基坑安全分析模块,用于筛选出全局损失指标大于安全阈值的时刻以作为风险时刻,记录各个风险时刻所对应的振幅级数和波形输入频率,以此确定各个振幅级数下的风险波形输入频率,实时监测待分析陡倾岩层基坑以获取实时振幅级数和实时波形输入频率,在同振幅级数下若实时波形输入频率大于风险波形输入频率,则发出安全指示。