基于PFC地震危险的岩石的动态响应和动态

文摘

由地震岩石边坡不稳定导致重大的经济和财产损失。层间荷载和稳定系数的计算方法复杂水平分层岩石斜坡高强度地区建立了从材料力学、断裂力学和动力学。危岩的稳定性水平分层计算后将它与PFC仿真技术来验证计算的合理性在四川省汶川地区。危险的岩石的动态响应特征在不同风化程度也进行了分析。结果表明,两种方法有一个很好的预警效果的地震危险的岩石。在PGA放大因素,模型1相对均匀分布,模型2有交错分布,模型3和4有一个“U”型分布,和最严重的加速度动态反应4 - 1和4 - 2块岩石。泥岩的动态加速度响应的影响上砂岩和展品的裂纹扩展过程特定的高程放大效应。峰值应力逐渐随风化和海拔高度的增加而减小。内链的压力变化2号在水平x和y方向是严重的,外链的压力反应在垂直z方向是严重的。建议地震灾害保护项目应注意的影响低频(清廉Hz)和高频(250赫兹)地震边坡稳定。

1。介绍

据调查,沉积岩与分层结构占总土地面积的66.7%和77%左右。与此同时,许多变质岩也有分层结构特征(1]。分层岩体工程的水平分层危险的岩石地震灾害预防和治疗项目经常遇到建设高速公路、铁路、水利、和其他基础设施。地震灾害频繁发生在地震带的高强度地区。有很多的例子,地震导致的不稳定的危险的岩石。它往往导致重大的经济和财产损失。水平分层危险的岩石是地震类型边坡不稳定灾难的主要载体。减少不同结构面岩体当主控结构面后方的危险的岩石的块逐渐渗透,直到减免多种因素的作用下,和斜率将不稳定,破坏。现有的研究大多集中在岩石边坡的不稳定和失败nonseismic地区重力的作用下;然而,水平层状岩石边坡的动力响应地震作用下迫切需要解决。犹他州是摇滚腔水平分层危险的地震作用下岩石。 The study of its collapse deduction process, failure mechanism, and dynamic response characteristics under different weathering degrees has gradually become one of the research hotspots and technical problems in this field [2,3]。

陈(4]推导出开发过程链的危险的岩石地貌的角度,揭示了影响风化的岩石洞穴危险的岩石边坡的稳定性,并提出了危险的岩石链定律在三峡库区发展。唐et al。5,6]讨论了危险的悬崖上的岩石屈服的序列与弱碱和建立了一个计算方法的危险的岩石屈服基于断裂力学和损伤力学。相比之下,王et al。7)建立了一个计算方法,层间负载和复杂轻轻地斜岩石边坡的稳定性系数,揭示其屈服顺序与有限元法用断裂力学和材料力学。周et al。8)用颤抖的代码实现的响应分析地震的缓坡和揭示了斜坡响应和滑动位移法的作用下地震。黄等。9)用非连续变形分析(DDA)方法模拟危险的岩石斜坡不同地震条件下的运动特征,揭示地震荷载的影响处于崩溃危险岩体的运动特点。在离散元数值分析,Varnes滑坡类型的分类是一个新的分类。Hungr et al。10]做了一个完整的基于Varnes分类总结和广义滑移,转储,秋天,流,扩张,和斜率六变形的重要范畴。陶氏吉尔伯特(11,12)使用分立元件的耦合系统和有限元分析地下室和围岩之间的动态交互的媒介。离散元素模拟裂隙岩体在室附近,而有限元分析了远场完整的岩石。此外,目黑和Hakuno [13)使用离散单元模型来分析混凝土结构的地震破坏过程和取得具体进展。微观力学和计算机硬件的快速发展,一些数值模拟方法为研究材料的微观结构和属性近年来出现。例如,颗粒流代码(PFC) (14]来自离散元素理论是一种数值分析方法在正温的状态。在2004年提议由Potyondy和Cundall后的保税粒子模型(BPM)适合岩石属性(15),许多学者进行了颗粒流相关岩石断裂和裂纹扩展。数值试验模拟国际岩石力学研究公认的社区(16- - - - - -23]。陈等人。24)实现了颗粒流模拟单一危险的岩石断裂传播的主要控制结构表面和稳定性评价危险的岩石。唐et al。25)使用一个二维离散单元模拟研究1941年Caoling滑坡的形成机制。

前面提到的研究考虑单一因素的影响,不能直接揭示边坡的破坏过程。结果,不仅适用性低而且边坡地震动力响应的理解及其破坏过程是不够的。在本文中,我们采取危险的岩石边坡在汶川,四川,为研究对象,推导其动态稳定性系数和失败。此外,我们使用分立元件PFC3D软件来模拟其动态破坏过程。与此同时,地震作用下的动力响应规律。最后,危险的岩石的时频特征分析了遗传性出血性毛细血管扩张症。这个研究具有重要科学指导意义和实用价值等的动态稳定性评价和预测危险的岩石斜坡在地震的作用下。

2。材料和方法

2.1。人工合成岩体技术和模型建立

复杂地质和岩石结构面网络块组成的身体常常表现出不均匀性等特性,不连续,各向异性由于长期复杂的地质结构。飞机结构容易损坏,因为穷人的岩体力学性能的柔软的表面(26]。由于岩体提出了合成技术,它可能是更好的模拟岩体及其力学性能在曼宁在PFC 6.0中,人工合成岩体主要由两部分组成:一个平行的颗粒之间粘结模型和离散裂缝网络(27),如图1。在危险的岩石,由于风化、中央控制结构平面渗透形成裂缝,和夹层结构平面构成危险的岩石屈服的诱导因素。为了避免复杂的结构面网络的影响在岩石主要控制块结构表面,本文以下假设的PFC模拟危险的岩石:(1)每个危险的岩石块模型中不含结构面网络,和每个危险的岩石块需要作为一个整体。(2)安排每个中央控制的离散裂缝网络结构表面和夹层结构的表面。(3)颗粒之间的接触特性是由接触粒子和接触本构模型。

裂纹扩展的主要控制结构和基岩的风化腔的稳定性的主要影响因素是危险的岩石。本文采用公式计算危岩的稳定性提出了陈(28,29日),将边坡划分为四种类型根据岩石的风化程度的空腔和渗透的程度主要控制结构表面。斜率的布局模型和颗粒流模型图所示2(一个)和2 (b),分别。表1显示了岩石的风化蛀牙和裂缝在每个模型。

有两个或两个以上的关节水平分层危险的岩石上,这是由多个microchains和多个macrochains之间的交互。有每个microchain之间的相互影响,每个macrochain之间。切割的主要控制结构和层,斜率是岩石分解成许多块,导致故障模式之间的差异水平分层危险的岩石和单一的岩石。在图3岩石的垂直行块形成microchain,编号从外部到内部。本文提出了四个模型应用地震波危险的岩石山坡上,分别。根据文献[28,29日),1 - 3是由横向加载波模型,而模型4是由纵向波加载。在分析边坡地震作用下的动力响应,需要输入地震波加速度时程曲线模型的底部。粘性边界需要防止地震波反射模型边界。在PFC3D,意识到通过设置阻尼器在标准和切向方向的两侧和底部边界模型。特定的地震波如图3。在加载过程中,地震加速度,加速度转换成边界驱动模型振动。

在PFC数据监控和分析,有必要使用历史命令跟踪研究对象的数据,和跟踪内容包括加速度和应力状态等数据。本文使用PGA放大系数(峰值地面加速度)分析峰值加速度。岩石的峰值加速度的比值块和监控的峰值加速度输入地震波(9.58米/秒²)被定义为PGA放大系数(26,27]。PGA放大倍数可以反映岩石动态响应(参见图的大小4)。

为了监测岩石山坡上的运动和破坏法律和发展法律结构的飞机在地震的作用下,三种监测方法拟定:监视点,监控模块,测量球。监视点可以准确反映动态响应的影响上岩体内部的基础。监控块可以精确监控每个危险的岩石的运动轨迹和动态响应。和测量球完成了应力变化监测的主要控制结构表面。共有10个监视点泥岩粒子模型中的排列在一个水平和垂直的安排。水平和垂直相邻点之间的时间间隔是1.5米,他们都分布在空间的零分x设在(1号点的空间坐标是(0 9 7)),主要实现实时监控的动态加速度泥岩基础。有八个监测模块安排对应八块减少主控结构面岩石的层间结构面模型。PFC,岩石块分组,实现实时监控的组块。测量球主要是安排两个垂直中心轴的主要控制结构的飞机,和压力变化时结构平面断裂在该地区主要是监控。每个岩石块的主要控制结构表面对应两个测量球,共有16个排列,每个测量球切线在垂直方向。为了均匀安排测量球的每一层结构表面,测量球的直径应相应的岩层高度的一半。监控程序的整体模型图所示5。

平行粘结接触模型和平滑的联合模型通常用来评估岩石介观材料颗粒流模拟。鉴于文献结果(26,27),最终得到了砂岩泥岩的重要微观参数通过实验室机械测试和敏感性分析,如表所示2和3。微观参数校准过程没有详细描述。

在表2,d颗粒大小,P是粒子密度,E_c是粒子接触模量,k_c^∗接触模型的刚度比,μ摩擦系数,λ是半径乘法器,k^∗是粒子的刚度比,E_b是平行键模量,σ_c抗拉强度,c是凝聚力,β_n是正常的临界阻尼比,β_年代是剪切临界阻尼比。在表3,sj_kn是关节正常的刚度,sj_ks联合剪切刚度,sj_μ是关节摩擦系数,sj_c是联合凝聚力,sj_φ是关节摩擦角。

2.2。建立动态稳定计算公式

分析了动态稳定性的最严重风化模型4,使用纵向地震波(28,29日]。

据说,水平分层危险的岩石包含n宏观链和米层的岩石。首先,岩石的块是在随机选择的分析和定义为块岩石mn,在那里米摇滚层数和吗nmacrochain数量(7]。为了提高岩石的力量,危险分层岩石的力学模型分为纵波的情况下行动。岩石的力图块如图6,在那里G_锰是块石头的重量,Py_锰是纵向的垂直地震力波,Pw_锰裂隙水压力,上下岩层之间的相互作用是什么问′_(米+1)n和问′_锰,围岩块右边的米- - - - - -n岩石块充当弯矩米_米(n−1),拉伸力N_米(n−1)和剪切力T_米(n−1),H_锰代表岩石的块的垂直高度,e_锰代表裂缝的深度,e_{1 mn}代表裂隙水的高度,岩石的块的厚度l_锰。当米>1,mn岩石的块进行横波地震力。根据材料力学的计算公式和地震惯性力力的主要控制结构表面mn岩石块可以获得如下: 在哪里是弯矩的结构面吗mn岩石块纵向波的作用下,在结构面剪切力的吗mn岩石块纵向波的作用下,是张力的结构面吗mn岩石块纵向波的作用下,一个_y(t)是地震加速度,和表示层之间的摩擦。

基于上述结果,结合文献[29日),断裂强度因子的作用下地震时间历史可以获得如下: 在哪里K_I1mn是断裂强度因子断裂产生的水压力,K_I2mn是产生的断裂强度因子下的弯矩地震,K_I3mn是断裂强度因子产生的拉应力在地震下,裂隙水压力,裂隙水的体积密度,F(e_锰)是裂纹形状参数,σ_mnmax最大拉应力,σ_锰是拉应力。结合公式(1)- (7)、I型应力强度因子的作用下纵向波可以获得

同样,纵向地震波下的II型应力强度因子可以获得如下:

从联合应力强度因子和裂缝角度在主控结构面岩石的块mn(30.),联合应力强度因子和裂缝角度纵向地震波下可以获得如下:

最后,从断裂韧度的比值的主要控制结构表面K_集成电路(t)到公式(12),针对不同的稳定系数的公式mn岩石块可以获得如下:

需要确定地震下的层间荷载计算的稳定性horizontal-layered危险的岩石。本文假设相邻岩层相互接触,并考虑到每一层的岩石相互交互,m -th岩体的层是现在进行分析。岩石接触的几何模型如图6。其中,层的高度m岩体是H_米,层厚度l_米。邻岩层是米−1和米+1层。层的高度是H_米−1和H_米+1,分别。的价值是一样的m -th层,最严重的可能每个岩层的接触点是一个失败_米和一个_米−1,分别。

在图7的偏转米层岩石下自己的体重和米+1-layer纵向波的作用下的压力 在哪里γ是岩石的体积密度,E弹性模量,我_米转动惯量。

当由岩层越低,其挠度y”_米2是

之间的摩擦米层和米+ 1层

假设分层危险的岩石接触我层同时,岩层从下到上编号。假设相邻岩层的接触点,分别一个₂、……一个_我基于平等的原则,每个相邻岩层的接触部分的挠度,下列方程给出:

层间负载可以通过公式(15)∼(19)。

2.3。HHT方法

当危险的岩石的地震动力响应分析,学者考虑岩体的时域振动加速度比频域更关键。从结构动力学的角度,结构固有频率。振动频率和振动加速度同样至关重要的岩石边坡的动力响应。因此,除了加速度值的振动信号,分析边坡的动力响应也应该关心的频率变化规律振动。因此,本文使用遗传性出血性毛细血管扩张症信号处理方法进一步处理和分析PFC加速度数据。

遗传性出血性毛细血管扩张症(简要地变换)是一种非线性和非平稳的信号分析方法提出的新1998年黄E。这是一个突破,基于傅里叶变换的线性和稳态谱分析在过去的100年。目前,广泛应用于地震波频谱能量分析。方法由经验模态分解(EMD)和希尔伯特变换(HT) [31日]。希尔伯特能谱提供每个频率的能量计算公式,它表达了每个频率能量积累的整个长度的时间。具体的公式可以在文献中找到(32]。与傅里叶变换和其他信号波处理方法相比,患此病可以自适应生成“基地”已完成适应性的特点。此外,获得的瞬时频率遗传性出血性毛细血管扩张症有位置。它不需要整个波定义本地频率。然而,它可以准确地做出一个三维time-frequency-amplitude地图,由其他信号分析方法难以实现,如小波变换。

3所示。结果

3.1。分析力学公式的例子

一个特定的水平分层危险的岩石Duwen高速公路为例,如图8(一个)。危险的自然岩性是砂岩,上部岩石和下基岩泥岩。砂岩的自然重力是24.7 kN / m³。断裂韧性计算的参数表4。在这个例子中,总共有四层,包括两个主要控制结构的飞机。根据链式法则危险的岩石获得文献[28),第一个链称为链和第二链叫做两个链,如图8 (b)。地震波,真正的UD的前25 s波在卧龙监控2008年四川汶川大地震被选为纵波的计算模式,和加速度时程曲线如图3 (b)。

第一和第二层次的挠度方程点A2如下(7]:

简化公式(20.)可以得到:

从岩石above-derived危险的公式计算,危岩的稳定性系数块层间荷载下可以获得。视觉表现出衰减法和崩落的岩石的稳定性系数序列块带来的地震,本文处理岩石的稳定性系数块,稳定系数的衰减曲线地震作用下(图9)。因为地震下的稳定系数不断波动,本文定义了峰值稳定系数图9每个下包络的峰值,稳定系数的最大值时向下波动。与此同时,根据每个曲线和关键的十字路口,每个岩石的屈服时间块(表可以获得5)。

计算的结果代表,底部的岩石链块1 - 1层低于1.0的关键行价值2.10 s,和主要控制结构附近的岩石块1 - 1被摧毁。当地震作用时间达到2.92 s,外链的稳定性系数岩石底部块1 - 2层到达关键线路,并先后被毁。失败原因分析优先级的两个危险的岩石底部,底部的层间负载危险的岩石是最大的,底部的岩石是不支持的,内部的岩石遭受更重要的弯矩外岩石。随后,第二层的岩石块2 - 1和2 - 2倒塌,毁于4.75和4.84年代,分别。可以看出,第一次和第二次层块岩石都屈服外部链优先选择。由于连续的内部岩体破坏和地震的持续作用,4 - 2稳定系数最高的内部岩体达到临界线6.07 s,和3 - 2岩体的稳定性系数达到临界7.98秒。可以判断,上面两层的岩石的失效模式块的内部结构面渗透从上到下,和外面的岩石块4 - 1和3 - 1与4 - 2和3 - 2的失败被摧毁。失败时间9.50和10.90年代,分别。其中,岩石的块的稳定性系数衰减最快5和6之间的年代,和衰减值在0.12和0.25之间;然后,它会慢慢腐烂。 Through the above phenomena, we can get the law that horizontal layered dangerous rock blocks successively collapse under the seismic force. Furthermore, before the seismic acceleration has reached the maximum value, the dangerous rock blocks on the two main control structures have collapsed and destroyed. The calculation method for the stability coefficient of the dangerous rock under the influence of interlayer load and seismic dynamics established this time can reflect the failure law and caving time of flat layered dangerous rock.

3.2。PFC动态响应分析

3.2.1之上。失效模式和公式验证

在单向地震波作用下,水平分层危险的故障特征岩石受到不同的洞穴深处,裂缝渗透率的主要控制结构。主要失效模式分为拉伸cracking-horizontal滑动失败(模式1),拉伸cracking-caving-toppling失败(模型2),caving-toppling-rotation失败(模式3),avalanching-slip-slip-rotation失败(模式4)(33]。图10失败显示了四个模型的云形状、位移图25。可以看出,模型2和3有最巨大的岩石块顶部的位移斜率,高达6.32米,旋转失败倾向尤为重要。模型4的第二位,模型1的最小粒子位移和失败的倾向。因此,岩石的块是更容易崩溃以更快的速度和更大的深度岩石洞和裂缝。共同控制的动态稳定性和故障模式的深度摇滚腔和骨折。岩石大楼倒塌时,围岩块之间的水平和层间挤压和相互碰撞,促进加强光滑的关节的骨折模型。一块岩石的pull-cracking失败导致整个倾销(下滑)旋转失败。

本文比较了岩崩时间计算模型与公式的计算值4图所示11。应该注意,在仿真计算,4 - 1岩体不仅摧毁了但4:2岩体一起倒塌。根据合理的假设,本文的雪崩时间大约9。岩石的崩溃模型4是一个毁灭的过程,从底部和顶部和逐步发展向中间。每个岩石块的计算不稳定的时间考虑层间负载和纵波一样屈服时间PFC仿真计算,证明了理论的合理性和模拟方法和动态响应分析提供了依据。

3.2.2。PGA放大系数

在地震的作用下,PGA的放大系数的分布水平分层岩石块在不同工作条件下如图12。岩石洞的深处和裂缝的动态失效机理有重要影响水平分层危险的岩石。此外,每个模型显示不同的PGA动态响应特性。岩石的块PGA放大系数值的增加逐渐从模型1 - 4。可以看出,岩石洞和裂缝越深,越突出PGA应对每个岩石块。

至于模型1与最小的洞穴和裂缝深度、岩体运动的倾向较小是因为上级斜率的完整性。PGA放大系数在字形分布模式与岩层的增加。此外,基本上是峰值分布在底部岩石块和内部macrochain 2号。它显示了模型的动态加速度响应1危险的岩石相对统一的地震作用下,岩石底部和内部链块2更容易损坏。在模型2中,地震作用下的加速度响应是最重要的1 - 2号岩体和4 - 2岩体顶部,优先考虑失败的可能性是最大的,有一个明显的高程放大效应。随着岩层的增加,岩石的PGA放大系数块的模型3和4显示一个“U”形分布与岩层的变化。原因是,模型3到4,风化作用加剧,岩石底部块有一个优惠屈服的趋势,和动态响应更加突出。随着岩体顶部的发展从上到下裂缝,动态响应增大。因此,岩石风化后的蛀牙和裂痕加深,模型3∼4,岩石底部块的加速度响应和岩石顶部块没有基础的支持地震作用下更加突出,更具有破坏性。

一般来说,岩石的动态响应程度PGA的风化程度有关。加速度响应的第一块岩石和岩石模型3和模型4块地震作用下更为突出。可以看出,风化的程度更大,更大的是岩石的动态响应块PGA,这是受岩层高度的变化的影响。

分析了PGA放大倍数的水平和垂直监视点的泥岩基础上,如图13。水平和垂直距离的监控图13指监控点之间的距离和左下角的坐标原点的模型。从图可以看出(13日)在垂直z方向,每个模型PGA放大系数的增加与高度线性变化,和有一个高程放大效果。此外,随着岩石洞和裂缝深化,泥岩的动态响应沿垂直方向逐渐加剧。这表明附近的泥岩颗粒上砂岩深受动态损伤,动态响应很重要,它与高度向下逐渐减少。在图13 (b)可以看出,随着洞穴和裂缝深化,逐步强化泥岩的法律动态响应和垂直方向是一致的,与水平方向的发展,有很大的波动。通过比较分析,PGA放大系数附近的泥岩边坡表面是最大的,而动态加速度响应是最敏感的。在这里,每个模型的PGA放大系数曲线呈“V”形分布在0∼4 m水平距离的斜率。这是因为范围对应的两个主要控制结构平面上危险的岩石边坡。由于地震作用,两个水平的动态响应的结构面相对比较大。可以看出,地震波在传播过程中,它作用于泥岩边坡底部,然后传播危险的岩石上的力量摧毁它。随后,上部岩体底部的泥岩边坡发生反应。的PGA响应泥岩边坡与上部砂岩岩体风化程度的影响,及其PGA反应特定的高程放大效应。

3.2.3。应力分析

为了阐明应力分布的主要控制结构面水平分层危险的岩石失稳破坏的过程中,压力变化的两个主要控制结构的飞机x,y,z通过测量球的方向进行监视。自PFC只能监控time-stress曲线,峰值应力在本文中被定义为最大应力值监控模型测量球在25世纪的地震。为了简化分析,采用峰值应力的方法,如图14。的高度测量球面中心指的是垂直的距离测量球面中心坐标原点左下角的模型。从数据可以看出(14日)和14 (b),在x方向,每个模型更大的峰值应力层底部。随着高度的增加,峰值应力逐渐减小。内部2号链上的压力比这更大的外链。这主要是由于大型剪切破坏的主要内部控制结构,强化动态响应。之前失败的危险岩体产生更重要的压力、岩石之间的接触力链块削弱,和上部岩体的应力是先后削弱。由于不断发展和深化的裂缝(模型1 - 4)的峰值应力x方向降低,所以模型4最弱的地震作用下应力的影响。因此,除了z和y方向,大的剪切应力也发生在纵向方向x的斜率,18900 kPa,分布式模型3。有一个大压力波动与边坡的高度、和减弱到最低限度。

在水平y方向,由于岩层的位移引起的地震动力学和岩石的碰撞和挤压,峰值应力的变化加剧。岩石应力模型1和模型2的外1号链首先随高度降低,然后增加并最终减少后达到顶峰。模型1的外部链的最大应力可以达到45800 kPa。上面的结果,因为外链岩体破碎时,它会产生一个相当大的岩石错位,将进行剪切变形和关节接触模型。的剪切应力y方向太大,尤其是在1 - 1块岩石岩石(海拔11 m)和3 - 1块(海拔21.5米)和峰值应力是最明显的。内2号链,每个模型的峰值应力值范围大约是30000 kPa比外链。其中,压力变化模型2和模型3是最重要的。在模型2中,2号链上的压力从第一层到第二层增加到61800 kPa,然后迅速下降到12000 kPa。分析的原因是因为模型2是caving-toppling失败,将生成大量的压应力在倾倒过程中岩体底部。地震发生后,第三和第四层的岩石坍塌;因此,强调了2 - 2的结构面岩体的第二层是明显减少了。在失败的过程模型3中,压力对岩石的主要控制结构底部1 - 2块从73600 kPa下降到2500 kPa,显示一个巨大的变化。的原因分析的内部连锁故障模式模型3是一个dumping-rotation失败,和上部岩体是雪崩。大部分的重量集中在测量球区域的左下角1 - 2块岩石。 Shearing between particles continuously occurs. The squeezing action produces a large amount of horizontal stress.

在垂直z方向,峰值应力主要是由垂直剪切破坏引起的力链的主要控制结构表面。从数据可以看出14 (e)和14 (f),由于较小的裂缝深度和结构表面力链模型1中,产生的剪切应力在地震损害更广泛。此外,还有一个更明显的高程放大效应外1号链;最大垂直剪切应力可以达到52000 kPa,分布在第三层3 - 1号块岩石(海拔21.5米)。随后,在第四层,4 - 1号岩体(海拔24.7米)减少到5000 kPa。原因是岩石顶部块接触模型断裂较少。其他模型2和3,垂直峰值应力逐渐降低由于增加裂纹深度的结构面。

此外,外1号链中,峰值应力波动逐渐稳定裂纹加深。垂直峰值应力的变化范围的构造面链2连锁37000 kPa小于1。其中,模型1和模型2的垂直峰值应力随高度呈“U”分布特征变化,模型3从10500 kPa逐渐减少到1100 kPa随高度的变化,和模型4显示一个“锯齿形”分布。

总之,在主裂缝控制结构的发展有一个更重要的影响下岩石边坡地震的破坏。随着裂缝的主要控制结构深化从25%提高到62.5%,力链的数量减少。因此,峰值应力的强度逐渐降低,随后与海拔和压力曲线变得平坦,但结构面不稳定的程度相应增加。在水平x和y方向,压力变化反映在内部2号链更严重,接触力链更容易断裂,表面和内部结构是毁灭性的。在垂直z方向,压力反应的外链更健壮。

3.2.4。遗传性出血性毛细血管扩张症三维时频分析

HHT方法由经验模态分解(EMD)和希尔伯特变换(HT)。的基本步骤如下:(1)首先,使用EMD将复杂信号分解为有限的固有模态函数(IMF)。使用三次样条函数插值极端点的原始信号x(t),把信封上的上、下极限点,并定义两个信封的平均值米(t)。的结果减去从意思如下31日,32]: 的公式,x(t)是原始信号,米(t)的平均值上下信封,和y(t)的区别。使用y(t)为原始信号,重复以上步骤,直到满足停止准则n迭代。标准如下: 其中,SD值一般在0.2和0.3之间停止迭代。在这个时候,c₁=y₁(t)后获得的n筛查是第一个国际货币基金组织(IMF)组件,然后,之间的区别x(t)和c₁(价值r(t) =x(t)−c₁(t))是一种新的信号,国际货币基金组织(IMF)组件c₂,c₃、……c_n可以获得的序列。到目前为止,原始信号可以分解成的总和n国际货币基金组织的组件和保证金r_n: 在哪里c(t)是模态组件和r(t)是剩余保证金。(2)在每一个固有模态函数进行希尔伯特变换组件来获得每个IMF分量的瞬时频率和振幅。首先,对组件进行希尔伯特变换c(t)如下:

的公式:H希尔伯特谱和吗P柯西主值。

构造解析信号z(t):

然后,振幅函数可以得到:

相功能: 然后,得到瞬时频率:

希尔伯特变换应用到每个IMF组件后, 意味着在哪里取实部。希尔伯特谱可以表达上述方程得到的时间域和频率域的函数。然后,希尔伯特能谱可以通过整合振幅的平方与时间: 在哪里E希尔伯特能谱。

当处理下岩石边坡地震动力响应信号,本文对PFC执行HHT变换岩石块的加速度时程曲线。本文选择内部macrochain岩石块2号(1 - 2块岩石,岩石2 - 2块,3 - 2块岩石,岩石和4 - 2块)在每个模型的纵向分析对象,以及每个模型的底层岩石块(1 - 1块岩石和岩石1 - 2块)作为横向分析对象。使用前景信号处理方法来获得遗传性出血性毛细血管扩张症与时间域时频图,频域,和振幅(底部和顶部岩石块),如图15。便于分析、瞬时傅里叶主频率对应获得的最大振幅提取,获得曲线如图16。

从图可以看出16每个模型的瞬时频率主要岩石块的作用下地震都分布在0和10赫兹之间。此外,每个岩石块的优势频率波动相同的模型是不同的。因为外链的稳定性1 - 1块随岩石风化岩腔深度的增加和裂缝的渗透率,其瞬时傅里叶频率也会降低。在模型1中,每个岩石块的傅里叶主频率波动2和2.75赫兹之间。小变化范围表明,这种类型的边坡具有较好的完整性在频域。在模型2中,岩石块的优势频率变化与高度显著,和高频率主要集中在第二和第三层的岩体。模型3和模型4更高程度的风化作用,主要从外部macrochain频率增加内部macrochain,随着海拔高度的增加,主频率逐渐增加。

可以看出频率峰值对应的四个危险的地震作用下岩石模型集中在低频率(0∼10 Hz)。大多数振幅在频域的分布相对比较单调和波动主要时间在各自的傅里叶频率。从PGA放大倍数的分析,可以看出,深化风化导致增加边坡的动力响应,这样每个岩石块三维时频图的振幅也增加岩石洞和裂缝深化。

在模型1中,每个岩石的著名的频段块分布在0和90赫兹之间。信号波的形状主要是结合一个主峰,多个小高峰。在模型2中,岩石的主要频段块已经扩大。与此同时,增加的主要峰值信号波。在模型3中,岩石的主要频段块进一步增加。除了摇滚1 - 2块,另一块岩石都在250赫兹的频率波动,波动幅度的主/ m / s²。这是一个当地的高频效应。同时,岩石的块的数量主要峰值信号波增加两倍。在模型4中,岩石的主要频段块分布在0和160赫兹之间,最宽的频带。其中,频带从1 - 2块以阻止增加4 - 2 0 30 Hz至0 - 160 Hz的高程放大效应的频率带宽。同时,high-frequency-amplitude波动发生在每一个岩体,和经历的波动区间增加m / s²。在这个时候,有多个主要分布在危险的岩石峰值信号1 - 2。

可以看出,对于深化风化、互动的可能性增加边坡的动力响应加剧。在这个时候,整个频段的斜率将扩大,并在模型4的高程放大效应是礼物。同时,将增加相应的高频效应。此外,信号波将进化的风化斜率,并会有多个主要优势频率峰值。在地震灾害保护项目中,随着危险的岩石风化程度的加剧,除了加强稳定的单一危险的岩石,更多的治疗应在结构表面裂缝岩石之间的块(包括夹层)。这可以避免造成的振幅能量波动相互岩体的振动。同时,模型1(结构面的裂缝渗透率为25%,和摇滚腔的厚度是4.5米)应考虑地震作用下的共振失败0∼90 Hz的效果。模型2(结构面裂缝的普及率是37.5%,和摇滚腔的厚度是3米)应该考虑共振的影响失败的0 - 100赫兹。模型3(结构面的裂缝渗透率为50%,和摇滚腔的厚度是1.5米)应该考虑0∼120 Hz的共振效应。在模型4(断裂结构面的普及率是62.5%,和摇滚腔的厚度是0米),0∼160 Hz的共振效应应该考虑。 Among them, the slopes under the four working conditions all focus on the seismic low frequency (0∼10 Hz). Models 2 and 3 also need to pay attention to the impact of high-frequency 250 Hz on the damage of dangerous rocks.

4所示。结论

(1)水平分层计算方法的危险的岩石边坡地震作用下的稳定系数建立了基于动力学理论,考虑到地震的及时性。结果显示良好的一致性与PFC仿真结果,验证公式的合理性和PFC的方法。这种方法不仅可以揭示水平分层危险的岩石的衰减规律稳定下地震(包括及时性)也显示的时间和顺序每个岩石块崩落地震作用下。(2)在地震的作用下,模型1的PGA分布相对均匀。模型2是分布在以“s”型行进,两种模型3和4有一个“U”形分布。这表明关节砂岩风化的程度更大,更严重的是岩体的动力响应加速度,和程度的动态加速度响应的影响裂纹扩展过程上砂岩和展览一个特定的高程放大效应。(3)峰值应力的主要控制结构边坡表面模型在地震的作用下逐渐减少与风化岩石的块的垂直高度。在水平x和y方向,链的内部压力两个变化更显著,和接触力链更容易打破。应激反应的外链在垂直z方向是严重的。其中,垂直峰值应力的模型1和2显示了一个“U”形分布与高程增加岩石的块。的垂直峰值应力模型4是分布在一个“锯齿”的形状。(4)基于HHT的信号处理方法,分析发现,每个边坡模型的主要频率作用下的地震主要集中在低频率。随着边坡风化程度的增加,整个频段斜率扩大,高频效应增加。主峰的相应的时间是一样的岩石块崩溃的PFC边坡模型,主要有多个峰值的主要频率。这表明岩体在地震加速度的动态响应与边坡风化的程度呈正相关。建议地震灾害防护工程应注意的影响低频(清廉Hz)和高频(250赫兹)地震边坡稳定。

数据可用性

表和图的数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财政支持的国家重点研究和开发项目(2016 yfc0802203),国家自然科学基金(51678097)、重庆市教委科学技术研究项目(KJQN201800706),重庆市自然科学基金一般项目(cstc2020jcyj-msxmX0218)和重庆市教委科学技术研究项目。作者想表达自己的感激之情EditSprings (https://www.editsprings.com/为专家提供语言服务)。

引用

1. z . j .陈研究建模理论和关键技术的分层岩石SlopeEngineering安全监测、河海大学、南京,中国,2001。
2. h . m . l . f . Wang唐,唐,“三维复杂轻轻倾斜岩体边坡的稳定性分析,“中国公路学报没有,卷。31日。2,页57 - 66,2018。视图:谷歌学术搜索
3. a . Azzon g . La巴贝拉,a . Zanietti”使用数学模型分析和预测落石,”国际岩石力学和采矿科学和地质力学学报文摘,32卷,不。7,709 - 724年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. h·k·陈,“地貌的解释链条定律在三峡库区危险的岩石,“重庆交通大学学报(自然科学版),27卷,不。1,第94 - 91页,2008。视图:谷歌学术搜索
5. h . m .唐·h·k·陈,l·f·王,“危险的岩石崩落机理研究岩石陡坡,”金属矿山,卷392,不。2,降价,2009页。视图:谷歌学术搜索
6. h . m .唐·h·k·陈,l·f·王,“危险的基地倒塌的悬崖上一个危险的基地”,岩土工程,3卷,不。2、205 - 210年,2010页。视图:谷歌学术搜索
7. h . m . l . f . Wang唐,唐,“轻轻倾斜层状岩体边坡的破坏机理和复杂的结构,“岩土工程,39卷,不。12日,第2260 - 2253页,2017年。视图:谷歌学术搜索
8. Y.-G。周,j . Chen y .她和Y.-M。陈,“地震响应和粘土边坡滑动位移的潜艇敏感,”工程地质卷,227年,页69 - 83。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. x x黄f . y . b .张,问:赵,“初步探讨危险的岩石坍塌在地震条件下的运动特征,“岩石和土力学,38卷,不。2、583 - 592年,2017页。视图:谷歌学术搜索
10. o . Hungr、美国Leroueil和l . Picarelli”Varnes滑坡类型分类,更新”山体滑坡,11卷,不。2、167 - 194年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. c·h·维亚道丁和c·吉尔伯特,“动态稳定的岩石斜坡和高频波旅行,”岩土工程学报,卷114,不。10日,1069 - 1088年,1988页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. c·h·维亚道丁t . b . Belyschko和h . j .日圆,“瞬态分析的耦合有限element-righd块法岩石洞穴,”国际期刊在地质力学数值分析方法,7卷,不。1,第127 - 117页,2010。视图:谷歌学术搜索
13. k .目黑和m . Hakuno结构的断裂力学分析离散单元方法的修改,2010年。
14. 伊塔咨询集团,PFC二维(2 d粒子流代码)理论和背景MI,伊咨询集团,明尼阿波利斯,美国,2008年。
15. d . o . Potyondy和p . A . Cundall bonded-particle模型的岩石,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上第41卷。。8,1329 - 1364年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. n .赵c·d·马丁和d . c .美莲草,“岩石,成群的粒子模型”国际岩石力学和采矿科学杂志》上,44卷,不。7,997 - 1010年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. Y.-M。谢长廷,h。李,郭宏源。黄”,解释如何宏观力学行为影响的砂岩微观properties-revealed bonded-particle模型,”工程地质,卷99,不。1 - 2、1 - 10,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. h .刘正,美国全骨折合并的实验和数值研究pre-cracked标本在单轴压缩下,“国际期刊的固体和结构,48卷,不。6,979 - 999年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. x p张和l . n . y . Wong“开裂过程如磐石般坚韧的材料在单轴压缩下包含单个缺陷:一个数值研究基于并行bonded-particle模型方法,”岩石力学和岩石工程,45卷,第737 - 711页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. X.-P。张和l . n . y . Wong“裂纹萌生、传播和聚结在如磐石般坚韧的材料包含两个缺陷:一个数值研究基于bonded-particle模型方法,”岩石力学和岩石工程,46卷,不。5,1001年,页2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. m . s . Asadi、诉Rasouli和g·巴拉,“保税粒子模型模拟剪切strengthand粗糙退化为粗糙的岩石裂缝,“岩石力学和岩石工程,45卷,第675 - 649页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 和b, g m . Bahaaddini Sharrock k . Hebblewhite”数值调查联合几何参数对力学性能的影响的非持久连接岩体单轴压缩下,“电脑和土工技术49卷,第225 - 206页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. M.-A。Brideau, m .严,d .代替“构造破坏和脆性岩石断裂的角色发展的大岩石边坡失败,”地貌学,卷103,不。1、30 - 49岁,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 曾h . b . p . y . Chen,惠普,“粒子流动断裂力学方法评估危险的岩石的稳定性时,“《自然灾害25卷,第95 - 87页,2016年。视图:谷歌学术搜索
25. C.-L。唐,J.-C。胡和>。林,”1941年Tsaoling滑坡的机理、台湾:洞察力从2 d离散单元模拟,台湾:洞察力从2 d离散单元模拟,”环境地球科学,卷70,不。3、1005 - 1019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. k . x j . Cheng扁,p·c·李”颗粒流模拟地震水平厚层状岩石边坡的动态破坏过程,”中国岩石力学与工程学报36卷,第2168 - 2156页,2017年。视图:谷歌学术搜索
27. 和x j . k .扁j . Liu,”研究失效模式和动态响应的岩石山坡上断断续续的关节和关节间歇性的地震作用下,“岩石和土力学39卷,第3037 - 3029页,2018年。视图:谷歌学术搜索
28. h . k . Cheng和h . m .唐”链接机制和移动领域的常规危险的岩石toavalanche中国三峡水库”中国科学技术Ass-ociation学报》上,第506 - 501页,北京,中国,2006。视图:谷歌学术搜索
29. h·k·陈,h . m . Tang和l . f .王危险的岩石崩塌演化的理论和应用,科学出版社,北京,2009。
30. 中国航空学会手册的应力强度因子,科学出版社,北京,1981。
31. 郑胜耀钱,遗传性出血性毛细血管扩张症应用研究爆破振动信号中国,中南大学,长沙,2012。
32. x l .曹和w x高”,分析爆破振动信号的HHT变换,“Acta Armamentarii37卷,第113 - 107页,2016年。视图:谷歌学术搜索
33. y田,L.-F。王,h。金,研究。夏,b .曾“水平层状岩石边坡的破坏机理耦合下的地震和风化,”土木工程的发展,卷2020,19页,2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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