CN114036797B - 一种海底曲面坡地震动力响应计算方法 - Google Patents

一种海底曲面坡地震动力响应计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,根据海底斜坡真实几何形态，概化出海底斜坡几何模型；在此基础上，根据斜坡在震前和震中的运动状态，推导得出计算公式。通过本发明的技术方案，本方法能海底斜坡实际几何形态，并且考虑了初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响，能反映真实海底斜坡在地震作用下不同部位的位移差异，并且具有计算耗时短的优势，可实际用于真实海底斜坡在地震作用下的动力响应计算和稳定性评价。

Description

一种海底曲面坡地震动力响应计算方法
技术领域
本发明涉及海底地震作用下海底斜坡动力响应过程计算方法领域，具体而言，特别涉及一种海底曲面坡地震动力响应计算方法。
背景技术
海底地震作用是导致海底滑坡的重要触发因素，海底滑坡严重威胁海底线缆、海洋平台、海上风电等海洋工程设施安全，其释放的巨大能量造成的海啸将会对沿岸居民造成不可估量的生命和财产损失。伴随着地震作用，海底斜坡将发生变形，这一过程被称为地震动力响应。在该过程中，若出现了大循环位移或永久位移，则认为海底斜坡发生破坏。
SIMPPLE DSS模型为J.M. Pestana等于2000年提出的基于有效应力原理的土动力学本构模型，该模型可以反映初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响。
地震作用作为一种强烈的外动力循环荷载，在其作用下的海底斜坡动力响应计算方法是岩土地震工程中的热门研究课题，也是灾害评估的重要内容。目前针对海底斜坡地震作用下动力响应计算方法存在以下问题：
一是现有技术一般采用无限长斜坡代替海底斜坡真实倒“S”型几何形态，无法解释真实海底斜坡不同部位的位移差异，因此其计算结果往往只能用于地震触发海底滑坡机制研究，而无法实际应用于真实海底斜坡在地震作用下的动力响应过程计算和稳定性评价。
二是现有技术没有考虑海底斜坡剪切带不同部位沉积物力学性质差异，即没有考虑坡度（初始剪切应力比）造成的沉积物沉积过程差异对沉积物土动力学性质的影响。
三是大型数值软件虽然可以考虑上述问题，但单次计算耗时较长，而针对真实海底斜坡地震动力响应计算可能需重复数百万次计算，因此上述技术也不适用。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,更加符合实际情况，单次计算耗时短，是一种准确可行的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种海底曲面坡地震动力响应计算方法，其特征在于,根据海底斜坡真实几何形态，概化出海底斜坡几何模型。在此基础上，根据斜坡在震前和震中的运动状态，推导得出计算公式，具体包括以下步骤：
S1：构建计算任务的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式（6）；
S2：将利用有限差分法，将步骤S1中构建的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程离散，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如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式（8），式（8）中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
S3：采用SIMPPLE DSS模型描述剪切带土动力学本构关系，并获取该模型参数；
S4：采用指数函数描述海底斜坡几何形态，建立斜坡几何模型；
S5：获取计算任务中所需的滑体基本物理力学指标；
S6：选取拟研究的地震时程曲线，并将该地震时程数据文件保存为txt格式；
S7：利用MATLAB软件编写程序，输入计算参数值，读取地震时程数据；
S8：计算边界点地震动力响应；
S9：将边界点地震动力响应计算结果作为边界条件，计算海底斜坡地震动力响应。
作为优选方案，步骤S1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，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为海底斜坡初始静止侧压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为静止剪切应力；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为斜坡曲率半径；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为剪切带长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为斜坡倾角；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为滑体垂直厚度，并满足
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为滑体浮重度，计算式如式（1）所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE017
式（1）
在地震过程中，海底斜坡运动满足角动量守恒原理，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为地震作用增加的侧压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为地震中剪切带内动剪切应力；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为地震加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为滑体相对基岩的位移；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
式（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为角动量变化率，可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
式（4）
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为滑体侧压缩模量；
由于海底滑坡角度一般较小，因此满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
式（5）
将式（2）减式（1），并将式（3）至式（5）代入，可得步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的式（6）；
步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的边界条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
式（7）
式（7）中
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE033
处，在
Figure DEST_PATH_IMAGE034
时刻滑体相对基岩的位移；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
表示坐标
Figure 581371DEST_PATH_IMAGE033
处，在
Figure 45982DEST_PATH_IMAGE034
时刻滑体相对基岩的加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为海底斜坡水平长度,
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为设定的距离步长；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为地震持续时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为设定的时间步长；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为边界点处在
Figure 500753DEST_PATH_IMAGE034
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，可认为近似水平，可由水平地震响应计算得到。
进一步地，步骤S2中的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的离散化格式是通过利用有限差分法，结合式（7）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。
作为优选方案，步骤S3中所述SIMPPLE DSS模型为基于有效应力原理的土动力本构模型，能考虑初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响，能够描述循环加载过程中塑性剪切应变和超孔隙水压力累积过程，所述SIMPPLE DSS模型共含有7个参数，分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 568066DEST_PATH_IMAGE047
为控制灵敏度，
Figure 116859DEST_PATH_IMAGE048
为控制不排水强度，
Figure 221212DEST_PATH_IMAGE049
为描述有效应力包络线,
Figure 284983DEST_PATH_IMAGE050
为控制小应变剪切模量，
Figure 15042DEST_PATH_IMAGE051
为控制单调剪切应力-应变曲线，
Figure 215079DEST_PATH_IMAGE052
为控制循环加载有效应力路径，
Figure 942864DEST_PATH_IMAGE053
为控制循环加载剪切刚度。
作为优选方案，步骤S5中，所述滑体基本物理力学指标包括滑体密度
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，侧向压缩模量
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE055
。
作为优选方案，步骤S7中所述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
Figure DEST_PATH_IMAGE056
时动剪切应力
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE057
；下一时步内的动剪切应力
Figure DEST_PATH_IMAGE058
可根据步骤S2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。
作为优选方案，步骤S8中，通过设置
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE059
，即可得到边界点地震响应
Figure DEST_PATH_IMAGE060
。
本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：本方法能海底斜坡实际几何形态，并且考虑了初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响，能反映真实海底斜坡在地震作用下不同部位的位移差异，并且具有计算耗时短的优势，可实际用于真实海底斜坡在地震作用下的动力响应计算和稳定性评价。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的海底斜坡几何模型图；
图2为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的滑体单元受力分析图（地震前）；
图3为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的滑体单元受力分析图（地震中）；
图4为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的地震时程曲线图；
图5为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的水平地震动力响应；
图6为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的监测点1地震动力响应；
图7为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的监测点2地震动力响应；
图8为本发明海底曲面坡地震动力响应计算方法的监测点3地震动力响应；
图9为本发明一种海底曲面坡地震动力响应计算方法的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1至图9对本发明的实施例的海底曲面坡地震动力响应计算方法进行具体说明。
如图1所示，本发明提出了一种海底曲面坡地震动力响应计算方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：构建计算任务的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程；
步骤S2：将利用有限差分法，将步骤1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；
步骤S3：采用SIMPPLE DSS模型描述剪切带土动力学本构关系，并获取该模型参数；
步骤S4：采用指数函数描述海底斜坡几何形态，建立斜坡几何模型；
步骤S5：获取计算任务中所需的滑体基本物理力学指标；
步骤S6：选取拟研究的地震时程曲线，并将该地震时程数据文件保存为txt格式；
步骤S7：利用MATLAB软件编写程序，输入计算参数值，读取地震时程数据;
步骤S8：计算边界点地震动力响应；
步骤S9：将边界点地震动力响应计算结果作为边界条件，计算海底斜坡地震动力响应；
计算海底斜坡地震动力响应和输出结果。
本发明的原理如下：
根据海底斜坡真实几何形态，概化出海底斜坡几何模型。在此基础上，根据斜坡在震前和震中的运动状态，推导得出计算公式，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，受力分析如图2所示；图中
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE061
为海底斜坡初始静止侧压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为静止剪切应力；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE063
为斜坡曲率半径；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为剪切带长度；
Figure 444996DEST_PATH_IMAGE052
为斜坡倾角；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE065
为滑体垂直厚度，并满足
Figure DEST_PATH_IMAGE066
；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE067
为滑体浮重度。计算式如式1所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE068
式1
在地震过程中，海底斜坡运动满足角动量守恒原理，受力方式如图3所示；图中
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE069
为地震作用增加的侧压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为地震中剪切带内动剪切应力；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE071
为地震加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为滑体相对基岩的位移。
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE073
式2
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为角动量变化率，可表示为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE075
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
可表示为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE077
式4
Figure 276948DEST_PATH_IMAGE055
为滑体侧压缩模量。
由于海底滑坡角度一般较小，因此满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
式5
将式2减式1，并将式3至式5代入，可得步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程，如下：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE079
式6
步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的边界条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
式7
式7中
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE081
表示坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE082
处，在
Figure 690348DEST_PATH_IMAGE056
时刻滑体相对基岩的位移；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE083
表示坐标
Figure 651350DEST_PATH_IMAGE082
处，在
Figure 174867DEST_PATH_IMAGE056
时刻滑体相对基岩的加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE085
。
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为海底斜坡水平长度,
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE089
为设定的距离步长。
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为地震持续时长,
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为设定的时间步长。
Figure 653253DEST_PATH_IMAGE060
为边界点处在
Figure 827882DEST_PATH_IMAGE056
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，可认为近似水平，可由水平地震响应计算得到。
利用有限差分法，结合式7，可得到步骤S2中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的离散化格式，可表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
式8
式8中
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，
Figure DEST_PATH_IMAGE095
；，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
。
步骤S3中，所述的SIMPPLE DSS模型为基于有效应力原理的土动力本构模型，能考虑初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响，能够描述循环加载过程中塑性剪切应变和超孔隙水压力累积过程。
所述的SIMPPLE DSS模型共含有7个参数，分别是
Figure 710518DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 236178DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 846151DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 78549DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 394736DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 876533DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 493459DEST_PATH_IMAGE053
，其参数意义和参数确定方法见表一。
步骤S4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：
Figure DEST_PATH_IMAGE097
式9
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为斜坡最陡处坡度，H为半坡高。
步骤S5中，所述的滑体基本物理力学指标包括滑体密度
Figure 908260DEST_PATH_IMAGE054
，侧向压缩模量
Figure 398278DEST_PATH_IMAGE055
。
步骤S7中，所述的程序编写思路：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
Figure 570634DEST_PATH_IMAGE056
时动剪切应力
Figure 787988DEST_PATH_IMAGE057
。下一时步内的动剪切应力
Figure 994979DEST_PATH_IMAGE058
可根据式8计算得到的位移和土动力学本构方程计算得到。这一过程将重复直至地震结束，就可计算得到海底斜坡地震动力响应过程。
步骤S8中，通过设置
Figure 905166DEST_PATH_IMAGE059
，即可得到边界点地震响应
Figure 361555DEST_PATH_IMAGE060
。
表一 SIMPPLE DSS模型参数意义及确定方法
Figure DEST_PATH_IMAGE099
表二澳大利亚某海底斜坡案例中SIMPLE DSS模型所采用计算参数
Figure DEST_PATH_IMAGE100
表三海底斜坡几何模型参数
Figure DEST_PATH_IMAGE101
表四海底斜坡滑体基本物性指标
Figure DEST_PATH_IMAGE102
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海底曲面坡地震动力响应计算方法，其特征在于,根据海底斜坡真实几何形态，概化出海底斜坡几何模型；在此基础上，根据斜坡在震前和震中的运动状态，推导得出计算公式，具体包括以下步骤：
S1：构建计算任务的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程如下：
Figure 960726DEST_PATH_IMAGE001
式（6）；
式中
Figure 300572DEST_PATH_IMAGE002
为静止剪切应力，
Figure 235030DEST_PATH_IMAGE003
为地震中剪切带内动剪切应力，
Figure 25131DEST_PATH_IMAGE004
为斜坡倾角，
Figure 654827DEST_PATH_IMAGE005
为地震加速度；
Figure 922997DEST_PATH_IMAGE006
为滑体相对基岩的位移，
Figure 977541DEST_PATH_IMAGE007
为滑体侧压缩模量，h为滑体垂直厚度，
Figure 282751DEST_PATH_IMAGE008
为滑体密度；
步骤S1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，
Figure 789956DEST_PATH_IMAGE009
为海底斜坡初始静止侧压力；
Figure 861817DEST_PATH_IMAGE010
为静止剪切应力；
Figure 380655DEST_PATH_IMAGE011
为斜坡曲率半径；
Figure 512559DEST_PATH_IMAGE012
为剪切带长度；
Figure 241480DEST_PATH_IMAGE013
为斜坡倾角；
Figure 726819DEST_PATH_IMAGE014
为滑体垂直厚度，并满足
Figure 755955DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 527602DEST_PATH_IMAGE016
为滑体浮重度，计算式如式（1）所示：
Figure 147415DEST_PATH_IMAGE017
式（1）
在地震过程中，海底斜坡运动满足角动量守恒原理，
Figure 295499DEST_PATH_IMAGE018
为地震作用增加的侧压力；
Figure 913562DEST_PATH_IMAGE019
为地震中剪切带内动剪切应力；
Figure 997056DEST_PATH_IMAGE020
为地震加速度；
Figure 700570DEST_PATH_IMAGE021
为滑体相对基岩的位移；
Figure 652345DEST_PATH_IMAGE022
式（2）
Figure 265860DEST_PATH_IMAGE023
为角动量变化率，可表示为：
Figure 644889DEST_PATH_IMAGE024
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，
Figure 976645DEST_PATH_IMAGE025
可表示为：
Figure 466532DEST_PATH_IMAGE026
式（4）
Figure 324766DEST_PATH_IMAGE027
为滑体侧压缩模量；
满足下式：
Figure 750063DEST_PATH_IMAGE028
式（5）
将式（2）减式（1），并将式（3）至式（5）代入，可得步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的式（6）；
步骤S1中海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的边界条件为：
Figure 162589DEST_PATH_IMAGE029
式（7）
式（7）中
Figure 721747DEST_PATH_IMAGE030
表示坐标
Figure 44275DEST_PATH_IMAGE031
处，在
Figure 765106DEST_PATH_IMAGE032
时刻滑体相对基岩的位移；
Figure 196087DEST_PATH_IMAGE033
表示坐标
Figure 903143DEST_PATH_IMAGE031
处，在
Figure 204812DEST_PATH_IMAGE032
时刻滑体相对基岩的加速度；
Figure 362124DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 624609DEST_PATH_IMAGE035
；
Figure 525569DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 947323DEST_PATH_IMAGE037
为海底斜坡水平长度,
Figure 147972DEST_PATH_IMAGE038
为设定的距离步长；
Figure 287967DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 336825DEST_PATH_IMAGE040
为地震持续时长,
Figure 613086DEST_PATH_IMAGE041
为设定的时间步长；
Figure 112200DEST_PATH_IMAGE042
为边界点处在
Figure 349278DEST_PATH_IMAGE032
时刻滑体相对基岩的位移
S2：将利用有限差分法，将步骤S1中构建的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程离散，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如下：
Figure 326461DEST_PATH_IMAGE043
式（8），式（8）中
Figure 722807DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 268189DEST_PATH_IMAGE045
；
Figure 117197DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 898071DEST_PATH_IMAGE047
；
Figure 24290DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 865207DEST_PATH_IMAGE048
为海底斜坡水平长度,
Figure 935931DEST_PATH_IMAGE049
为设定的距离步长；
Figure 395862DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 501222DEST_PATH_IMAGE050
为地震持续时长,
Figure 388406DEST_PATH_IMAGE051
为设定的时间步长；
S3：采用SIMPPLE DSS模型描述剪切带土动力学本构关系，并获取该模型参数；
S4：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：
Figure 212006DEST_PATH_IMAGE052
式（9）
Figure 69103DEST_PATH_IMAGE053
为斜坡最陡处坡度，H为半坡高；
S5：获取计算任务中所需的滑体基本物理力学指标；
S6：选取拟研究的地震时程曲线，并将该地震时程数据文件保存为txt格式；
S7：利用MATLAB软件编写程序，输入计算参数值，读取地震时程数据；
S8：计算边界点地震动力响应；通过设置
Figure 435494DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 352634DEST_PATH_IMAGE053
为斜坡最陡处坡度，即可得到边界点地震响应
Figure 663530DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 196755DEST_PATH_IMAGE055
为边界点处在
Figure 276706DEST_PATH_IMAGE056
时刻滑体相对基岩的位移；
S9：将边界点地震动力响应计算结果作为边界条件，计算海底斜坡地震动力响应。
2.根据权利要求1所述的一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,其特征在于,所述步骤S2中的海底斜坡地震动力响应运动学控制方程的离散化格式是通过利用有限差分法，结合式（7）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。
3.根据权利要求1所述的一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,其特征在于,所述步骤S3中所述SIMPPLE DSS模型为基于有效应力原理的土动力本构模型，能考虑初始剪切应力比对沉积物土动力学性质的影响，能够描述循环加载过程中塑性剪切应变和超孔隙水压力累积过程，所述SIMPPLE DSS模型共含有7个参数，分别为
Figure 630327DEST_PATH_IMAGE057
、
Figure 38306DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 502785DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 702822DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 837132DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 857040DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 390790DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 55120DEST_PATH_IMAGE057
为控制灵敏度，
Figure 750544DEST_PATH_IMAGE058
为控制不排水强度，
Figure 257749DEST_PATH_IMAGE059
为描述有效应力包络线,
Figure 204976DEST_PATH_IMAGE060
为控制小应变剪切模量，
Figure 848447DEST_PATH_IMAGE061
为控制单调剪切应力-应变曲线，
Figure 714772DEST_PATH_IMAGE004
为控制循环加载有效应力路径，
Figure 584639DEST_PATH_IMAGE062
为控制循环加载剪切刚度。
4.根据权利要求1所述的一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,其特征在于,所述步骤S5中，所述滑体基本物理力学指标包括滑体密度
Figure 194612DEST_PATH_IMAGE008
，侧向压缩模量
Figure 833535DEST_PATH_IMAGE007
。
5.根据权利要求1所述的一种海底曲面坡地震动力响应计算方法,其特征在于,所述步骤S7中所述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
Figure 870761DEST_PATH_IMAGE056
时动剪切应力
Figure 352558DEST_PATH_IMAGE063
；下一时步内的动剪切应力
Figure 376009DEST_PATH_IMAGE064
可根据步骤S2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。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107391886A (zh) * 2017-08-29 2017-11-24 广州海洋地质调查局 一种海底地质灾害评价方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105224704B (zh) * 2014-06-25 2018-08-24 中国科学院海洋研究所 一种海底不稳定性的评价方法
CN108254782B (zh) * 2018-02-09 2019-11-05 中国地质大学（北京） 一种边坡地震破坏失稳概率的获取方法及系统
CN108956954B (zh) * 2018-09-04 2019-11-19 大连理工大学 一种基于渗透固结方法的倾角可调海底边坡地震响应研究模型实验装置
US11048007B2 (en) * 2018-10-05 2021-06-29 Magseis Ff Llc Systems and methods to control discharge speed of an ocean bottom seismic data acquisition unit via a moving underwater vehicle
CN112257140B (zh) * 2020-09-16 2022-10-25 南京工业大学 一种海底边坡稳定性的安全系数计算方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107391886A (zh) * 2017-08-29 2017-11-24 广州海洋地质调查局 一种海底地质灾害评价方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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海底边坡地震响应分析;李明辉;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》;20210315(第03期);全文 *

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