本發(fā)明涉及地震動作用下散粒體庫岸結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)模擬技術(shù)，具體地，涉及一種地震動作用下水庫岸坡散粒體動態(tài)響應(yīng)模擬方法。

背景技術(shù)：

水庫庫岸受到人類活動空間的擴展和工程活動不斷擴大的影響，加之全球氣候變化的加劇，其發(fā)生災(zāi)害的頻率愈來愈高。尤其是在地震動力影響下，庫岸孔隙水壓力和有效應(yīng)力的變化，使岸坡出現(xiàn)變形、剪切破壞、液化等現(xiàn)象，導致庫岸邊坡的失穩(wěn)，乃至水庫區(qū)既有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的破壞。此外，水庫蓄水后，由于庫水作用改變了庫區(qū)原有地震活動的頻度和強度而形成地震。通常，水庫誘發(fā)地震的震中都緊鄰重要水工設(shè)施，特別是大中型水庫誘發(fā)地震多發(fā)生在庫壩附近的深水庫區(qū)及其周邊，并且水庫地震的震源淺，震中烈度高，破壞性大，不僅會毀壞這些水工設(shè)施，而且會引起嚴重的次生災(zāi)害并危及下游安全。由此可見，水庫庫岸穩(wěn)定性在一定程度上取決于地震的影響，在水庫服役過程中，應(yīng)特別注意地震力對水庫壩體及岸坡安全的負面作用。

以散粒體堆積形式形成的水庫岸坡又有別于其它土質(zhì)及巖質(zhì)岸坡，對其結(jié)構(gòu)分析不能運用卡丘金法等常用的分析方法。散粒體是由微尺度的固體粒子或粒子團組成的不連續(xù)介質(zhì)，是一種有別于固體和流體的特殊物質(zhì)組成的系統(tǒng)。散粒體與固體從微觀角度來看都是由固體顆粒組成，但散粒體只能承受壓力和一定的剪切力而一般不承受拉力，這些特性與流體相似。由于離散性、流動性等特點，散粒體有許多區(qū)別于固體和流體的力學行為特性。首先，散粒體在微觀上不連續(xù)，顆粒之間有著復(fù)雜的相互作用；其次，散粒體材料是不均勻且各向異性的，其微觀行為非常復(fù)雜。由于這些特性的存在，使得散粒體水庫岸坡結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)分析中有其特殊性。

對散粒體水庫岸坡結(jié)構(gòu)在地震力作用下的動態(tài)響應(yīng)進行分析，掌握庫岸在地震動作用下的響應(yīng)特點，可以為有效提高散粒體庫岸穩(wěn)定性，延長庫岸建筑物的使用壽命提供必要的參考。在地震動力作用下，散粒體岸坡結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)對岸坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及對庫區(qū)的既有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的正常運行都可能會產(chǎn)生一定程度上的影響，由此造成的經(jīng)濟損失及社會影響都是不可估量的。因此，迫切需要一種對散粒體水庫岸坡結(jié)構(gòu)地震動態(tài)響應(yīng)分析行之有效的工程方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法能夠為水庫岸坡及庫區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全運營提供評價指標。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種地震動作用下水庫岸坡散粒體動態(tài)響應(yīng)模擬方法，該方法包括：

建立至少一個散粒體水庫岸坡模型；

在所述散粒體水庫岸坡模型中設(shè)置多個監(jiān)測點；

向所述散粒體水庫岸坡模型施加模擬地震波；以及

收集所述多個監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)。

進一步地，建立所述散粒體水庫岸坡模型的步驟包括：

根據(jù)水庫岸坡的地形圖，沿所述水庫岸坡方向每隔預(yù)定距離建立一個所述水庫岸坡縱斷面方向的散粒體水庫岸坡模型。

進一步地，所述預(yù)定距離為1.5m。

進一步地，所述建立散粒體水庫岸坡模型的步驟還包括：

利用所建立的散粒體水庫岸坡模型模擬雙軸壓縮試驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

通過調(diào)整模型參數(shù)來改變所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；以及

當所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與預(yù)定應(yīng)力-應(yīng)變曲線吻合時，將當前模型參數(shù)確定為所建立的散粒體水庫岸坡模型所使用的模型參數(shù)。

進一步地，所述設(shè)置多個監(jiān)測點的步驟包括：

在所述散粒體水庫岸坡模型表層設(shè)置至少一個監(jiān)測點；

在與所述散粒體水庫岸坡模型表層的監(jiān)測點的豎直方向上設(shè)置多個不同高度的監(jiān)測點；以及

在每個散粒體水庫岸坡模型中設(shè)置具有相近或相同深度的監(jiān)測點。

進一步地，向所述散粒體水庫岸坡模型施加的模擬地震波為隨機波。

進一步地，所述隨機波具有預(yù)定的加載時間。

進一步地，所述加載時間為10s。

進一步地，所述監(jiān)測點的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)包括所述監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下產(chǎn)生的水平方向和豎直方向的位移變化和速度變化。

進一步地，該方法還包括根據(jù)所述監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下產(chǎn)生的水平方向和豎直方向的位移變化和速度變化以及散粒體顆粒間的接觸力，確定散粒體顆粒在模擬地震波作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。

通過上述技術(shù)方案，將模擬地震波施加到散粒體水庫岸坡模型，通過在散粒體水庫岸坡模型中設(shè)置的監(jiān)測點確定水庫岸坡散粒體在所述模擬地震波作用下的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)。通過上述技術(shù)方案得到的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)能較好地和工程實際情況吻合，為水庫岸坡的穩(wěn)定性評定提供參考，并且能夠為水庫岸坡結(jié)構(gòu)及庫區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全防護提供預(yù)測信息。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施方式提供的地震動作用下水庫岸坡散粒體動態(tài)響應(yīng)模擬方法流程圖；

圖2是本發(fā)明示例實施方式提供的散粒體水庫岸坡模型以及監(jiān)測點分布情況示意圖；

圖3是在示例實施方式中施加于本發(fā)明實施方式提供的散粒體水庫岸坡模型上的地震動力模型示意圖；以及

圖4(a)-(c)是示例的散粒體水庫岸坡模型中監(jiān)測點分析曲線圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施方式提供的地震動作用下水庫岸坡散粒體動態(tài)響應(yīng)模擬方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明實施方式提供的地震動作用下水庫岸坡散粒體動態(tài)響應(yīng)模擬方法包括：

S100，建立至少一個散粒體水庫岸坡模型。

在實施方式中，可以通過以下方式建立所述散粒體水庫岸坡模型：

根據(jù)水庫岸坡的地形圖，沿所述水庫岸坡方向每隔預(yù)定距離(例如，1m、1.5m、2m等)建立一個所述水庫岸坡縱斷面方向的散粒體水庫岸坡模型，其中水庫岸坡縱斷面方向可以是垂直于水流的方向。散粒體水庫岸坡模型可以通過計算機軟件模擬建模。在實施方式中，可以根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)或者現(xiàn)場測得的參數(shù)對所建立的散粒體水庫岸坡模型賦初值。在實施方式中，為了有效體現(xiàn)散粒體水庫岸坡的整體情況，需要建立多個散粒體水庫岸坡模型，形成散粒體水庫岸坡模型組。

在實施方式中，建立散粒體水庫岸坡模型的還包括在對所建立的散粒體水庫岸坡模型賦初值之后通過仿真模擬試驗過程對模型參數(shù)進行優(yōu)化，以得到能夠準確模擬實際散粒體水庫岸坡的模型。具體優(yōu)化方法可以如以下進行：首先，可以利用所建立的散粒體水庫岸坡模型模擬雙軸壓縮試驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線；然后，通過調(diào)整模型參數(shù)來改變所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；當所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與預(yù)定應(yīng)力-應(yīng)變曲線吻合時，將當前模型參數(shù)確定為所建立的散粒體水庫岸坡模型所使用的模型參數(shù)。將通過上述模型參數(shù)優(yōu)化過程獲得的參數(shù)加載到散粒體水庫岸坡模型中能夠使建立的散粒體水庫岸坡模型真實反映實際的散粒體水庫岸坡狀態(tài)。

S101，為了利用建立的散粒體水庫岸坡模型進行分析，可以在所述散粒體水庫岸坡模型中設(shè)置多個監(jiān)測點。

在實施方式中可以通過以下步驟設(shè)置多個監(jiān)測點：

首先，可以在散粒體水庫岸坡模型表層設(shè)置至少一個監(jiān)測點，即可以在一組散粒體水庫岸坡模型中的每個散粒體水庫岸坡模型的表層選擇一個或多個監(jiān)測點；

在表層設(shè)置了監(jiān)測點之后，可以在與所述散粒體水庫岸坡模型表層的監(jiān)測點的豎直方向上設(shè)置多個不同高度的監(jiān)測點，以便于對同一數(shù)值方向上不同高度的散粒體顆粒的運動規(guī)律進行分析比較，參考圖2，其中圖2是本發(fā)明示例實施方式提供的散粒體水庫岸坡模型以及監(jiān)測點分布情況示意圖；

對于一組散粒體水庫岸坡模型，可以在每個散粒體水庫岸坡模型中設(shè)置具有相近或相同深度的監(jiān)測點，相似的，這樣可以便于對相同高度不同位置的散粒體顆粒的運動規(guī)律進行分析比較。

S102，在建立好散粒體水庫岸坡模型并設(shè)置好監(jiān)測點之后，可以向所述散粒體水庫岸坡模型施加模擬地震波，以模擬真實的散粒體水庫岸坡在地震波作用下的情況。

在實施方式中，向所述散粒體水庫岸坡模型施加的模擬地震波為隨機波，該隨機波具有預(yù)定的加載時間，例如10s。

考慮到地震動力作用過程中能量的耗散，為使散粒體水庫岸坡模型系統(tǒng)能夠達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在動力分析中，可以同時設(shè)置局部阻尼和粘性阻尼對地震作用進行標定。所加載的地震動力模型如圖3所示，其中圖3是在示例實施方式中施加于本發(fā)明實施方式提供的散粒體水庫岸坡模型上的地震動力模型示意圖。

S103，在對散粒體水庫岸坡模型施加模擬地震波的過程中，收集所述多個監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)。

在實施方式中，所述監(jiān)測點的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)可以包括所述監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下產(chǎn)生的水平方向和豎直方向的位移變化和速度變化。上述方法還包括根據(jù)所述監(jiān)測點在所述模擬地震波作用下產(chǎn)生的水平方向和豎直方向的位移變化和速度變化以及散粒體顆粒間的接觸力，確定散粒體顆粒在模擬地震波作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。

在實施方式中，提取所有監(jiān)測點的信息，包括監(jiān)測點處沿水平方向和豎直方向的位移變化、速度變化以及各散粒體顆粒之間的接觸力。通過對同一斷面模型中不同監(jiān)測點(如圖2所示)和不同斷面模型(Z坐標不同)中坐標(僅考慮該點x、y坐標)相同的監(jiān)測點之間的位移變化和速度變化進行分析比較，得到散粒體顆粒在地震動力作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，從而為分析散粒體水庫岸坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供參考。具體分析見圖4(a)-(c)所示。

如圖4(a)-(c)所示，其中，圖4(a)和4(b)分別示出了監(jiān)測點11、12、13和14在水平方向、豎直方向的位移變化曲線，圖4(c)示出了監(jiān)測點11和15的速度變化曲線。通過對各監(jiān)測點進行以上分析，從而得到散粒體顆粒在地震動力作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方式提供的方法得到的散粒體顆粒在地震動力作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律能較好地和工程實際情況吻合，為水庫岸坡的穩(wěn)定性評定提供參考，為水庫岸坡結(jié)構(gòu)及庫區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全防護提供預(yù)測信息。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。