CN114692090A - 一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及断层错动下上覆土层位错危险性技术领域，尤其涉及一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，包括根据活动断层的地震活动性参数评估断层的震级‑频率关系；利用断层参数和震级‑频率关系式计算考虑断层上覆土层影响的位错年超越概率；利用年超越概率获得不同埋深处位错概率危险性曲线；根据年超越概率和概率危险性曲线综合分析断层上覆土层位错概率危险性，简单有效的考虑各类具体参数，包括基岩错动量、断层倾角、覆盖土层厚度以及不同上覆土体物理力学参数，使得在断层上覆土层危险性计算中更加合理。

Description

一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法
技术领域
本发明涉及断层错动下上覆土层位错危险性技术领域，尤其涉及一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法。
背景技术
随着经济的发展，地表及地下建筑物的数量越来越多，当较大构造地震发生，断层错动会引起地表附近出现较大的永久位错，进而对地表建筑物与近地表地下工程产生结构损伤破坏。所以这些建构筑物在选址时，原则上时尽量避免跨越断层，但是有时因为功能需要，不可避免的要跨越断层。
当基岩断层发生较大错动时，覆盖土层厚度、土体物理力学参数等因素对是否扩散至地表引起地表破裂，对地表建筑物与近地表地下工程产生破坏有着重要影响。目前未有技术将各类具体参数(包括基岩错动量、断层倾角、覆盖土层厚度以及不同上覆土体物理力学参数)简单有效的考虑到。此外，采用确定性方法进行估算，则难以与以概率论为基础的地面震动危险性在形式上协调；而结合概率方法开展抗断设防结果计算，则一般并未考虑上覆土层影响。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种断层上覆土层影响下不同埋深处位错概率危险性分析方法，简单有效的将各类具体参数(包括基岩错动量、断层倾角、覆盖土层厚度以及不同上覆土体物理力学参数)考虑到，使得在危险性计算中更加合理。
为实现上述目的，本发明提供了一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，包括：
根据活动断层的地震活动性参数评估断层的震级-频率关系；
利用所述震级-频率关系式计算断层上覆土层影响下不同埋深处的位错年超越概率；
利用所述年超越概率获得概率危险性曲线；
根据所述年超越概率和所述概率危险性曲线综合分析断层上覆土层位错概率危险性。
其中，所述活动断层的参数包括断层的位置、产状、长度、类型及上覆土体厚度和性质。
其中，所述概率危险性曲线为基于服从泊松过程的假设，把年超越转换成指定年限内发生等于或高于位错给定值的概率，获得的曲线。
其中，所述利用断层参数和震级-频率关系式计算断层上覆土层影响的不同埋深处位错年超越概率的具体步骤包括：
利用震级-频率关系式获得基岩错动概率危险性曲线；
确定活动断层及上覆土层的基本工况，并计算不同埋深处位错响应指标；
基于不同埋深处位错响应指标计算在给定场地条件下位错大于或等于给定值的条件概率；
根据基岩错动概率危险性曲线、不同埋深处位错响应指标和条件概率计算断层上覆土层位错年超越概率。
其中，所述所述活动断层及上覆土层的基本工况包括断层类型、基岩位错量、断层倾角、覆盖土层厚度以及上覆土体性质。
本发明的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，简单有效的将各类具体参数(包括基岩错动量、断层倾角、覆盖土层厚度以及不同上覆土体物理力学参数)考虑到，使得在危险性计算中更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法的流程图。
图2是计算断层上覆土层影响的不同埋深处位错年超越概率的具体步骤流程图。
图3是震级与频度关系图。
图4是基岩位错概率危险性曲线。
图5是不同基岩错动量下的地表位移曲线。
图6是不同超越概率水准与地表最大位移(MD)的关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图6，本发明提供一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，在本实例中算地表位错，即覆盖土层埋深为零，包括：
S101根据活动断层的地震活动性参数评估断层的震级-频率关系；
在本实施例中，已知某一逆断层，其断层长度为31Km、走向NEE、倾向N、倾角45°、基岩位错量Db在整个断层上破裂，地震带的地震活动性信息：地震的震级上限为8、下限为4，a值为4.30，b值为0.83，上覆砂土土层厚度为10m、摩擦角38°、剪胀角15°、粘聚力0.5kpa、容重16KN/m3、弹性模量20MPa、泊松比0.3。地震年平均发生率vmin为9，得出的震级与频度关系，如图3所示。
S102利用震级-频率关系式计算考虑断层上覆土层影响的地表位错年超越概率；
S201利用震级-频率关系式获得基岩错动概率危险性曲线；
利用已有的基岩位错量-震级关系式，根据式(1)，评估基岩错动危险性，获得该断层错动概率危险性曲线；
λD(Db)＝vmin·∫m,sf(m)·f(s|m)·P(D＞Db|m,s)dsdm (1)
式中λD(Db)为基岩错动量超越某一阈值Db的平均年超越率，地震年平均发生率vmin是指目标断层平均每年发生大于等于起算震级的地震次数，f(m)为断层能够产生的地震震级在m0与muz之间的震级概率密度函数,f(s|m)表示当震级为m时，场地到断层的距离为s引发错动的条件概率密度函数，P(D＞Db|m,s)表示当震级为m震距为s时，断层位移值大于某一给定值Db的条件概率；
断层位移是指地震发生时由断层位错扩散至地表引起地表破裂的位移。
在本实施例中，基岩位错量-震级关系式,利用赵颖研究中提出的基岩位移预测经验模型:
ln(Db)＝0.876M-4.984
概率截断模型为
Figure BDA0003607058650000041
基岩位错量Db在整个断层上破裂，即式(1)中s＝0
以上带入式(1)：可得危险性曲线，如图4所示。
S202确定活动断层及上覆土层的基本工况，并计算地表位错响应指标；
确定活动断层及上覆土层的基本工况，包括断层类型、基岩位错量、断层倾角、覆盖土层厚度以及上覆土体性质等，根据式(2)、(3),计算地表位错响应指标；
ln(Y)＝a·Db+b·A+c·H+f(T) (2)
f(T)＝d·M++e·J+f·Z+m·(M×Z)+n·(M×J)+x·(J×Z)+t·(M×J×Z) (3)
式中a、b、c分别为常数项，Y为地表位错响应指标(即地表最大位移MD、地表最大相对位移RD及地表破裂带宽度W)、Db为给定基岩位移、A为断层倾角、H为土层厚度，式(2)为综合考虑上覆土体物理力学参数的计算项，该项是针对不同上覆单一均质土层(即粘土和砂土)所建立,当土体为粘土时Z＝C为粘聚力，土体为砂土时Z＝G为土体容重、M为摩擦角、J为剪胀角，d、e、f、m、n、x、t分别为常数项。
在本实施例中，式(2)、式(3)中上覆砂土地表最大位移拟合方程中各参数取值表，表1所示，将影响因素值K及危险性曲线得到的Db代入式(4)中，可计算获得不同基岩错动量下的地表位移曲线，如图5所示；
表1
Figure BDA0003607058650000042
S203基于地表位错响应指标计算在给定场地条件下地表位错大于或等于给定值的条件概率；
基于地表位错响应指标值，根据式(4)，计算出在给定场地条件下地表位错Y大于或等于yi的条件概率；
Figure BDA0003607058650000043
式中λyi＝∫DP(Y≥yi|Db,K)|dλD(Db)|为地表位错年超越概率，ln(Y)服从正态分布，对于给定基岩位错量Db和其它参数K(断层倾角、土层厚度等)条件下所对应的地表位错Y大于或等于给定值yi的条件概率。
Figure BDA0003607058650000044
和σ为基岩错动量为Db所对应的对数正态分布ln(yi)的均值和标准差。
S204根据断层错动概率危险性曲线、地表位错响应指标和条件概率计算断层上覆土层影响的地表位错年超越概率。
基于步骤S201-S203所获取的基岩错动概率危险性曲线、地表位错响应指标等，根据式(4)，计算考虑断层上覆土层影响的地表位错概率危险性；
λyi＝∫DP(Y≥yi|Db,K)|dλD(Db)| (5)
式(5)中，λyi为考虑上覆土层影响的地表位错年超越率，P[Y≥yi|Db,K]为步骤4中的条件概率，λD(Db)为断层错动量的平均年超越率。值得注意的是，此处的Db可以是基岩最大位移(或偏移量)，也可以是基岩断裂确定位置的位错量。
S103利用所述年超越概率获得地表概率危险性曲线；
将步骤S102中所求出的年超越概率，基于服从泊松过程的假设，利用公式(5)，把年超越λyi转换成指定年限内发生等于或高于地表位错给定值的概率P(λyi)；获得地表概率危险性曲线；
P(λyi)＝1-e(-λT) (6)
式中，Τ为指定年限，λ为式(5)中的λyi；
在本实施例中，利用自主编写的Matlab程序语句，将地表位错超越概率算出，将步骤5中所求出的年超越概率λyi转换成指定年限内发生等于或高于地表位错给定值的概率P(λyi)，不同超越概率水准与地表最大位移的关系，如图6所示，不同超越概率下的地表最大位移如表2所示。
表2
Figure BDA0003607058650000051
S104根据所述年超越概率和所述地表概率危险性曲线综合分析考虑上覆土层影响的地表位错概率危险性。
步骤S102和步骤S103的结果，用于指导评估考虑上覆土层影响的地表位错概率危险性分析。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、目前国内外对于跨越断层的地表建筑物及近地表地下工程的相关规范尚不明确，该方案提出了一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，弥补了这方面的空白，对断层错动下上覆土体不同埋深处危险性分析进行了量化，便于应用。
2、该计算方案简单有效的将各类具体参数(包括基岩错动量、断层倾角、覆盖土层厚度以及不同上覆土体物理力学参数)考虑到，使得在断层上覆土层危险性计算中更加合理。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，其特征在于，
包括根据活动断层的地震活动性参数评估断层的震级-频率关系；
利用所述震级-频率关系式计算断层上覆土层影响下不同埋深处的位错年超越概率；
利用所述年超越概率获得概率危险性曲线；
根据所述年超越概率和所述概率危险性曲线综合分析断层上覆土层位错概率危险性。
2.如权利要求1所述的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，其特征在于，
所述活动断层的参数包括断层的位置、产状、长度、类型及上覆土体厚度和性质。
3.如权利要求1所述的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，其特征在于，
所述概率危险性曲线，是由于震级、基岩错动量和不同埋深处位错之间存在较强的线性回归关系，故此，在T未来年内，假设发生超过不同埋深处位错指标给定值的概率近似为泊松分布，把年超越转换成指定年限内发生等于或高于给定值的概率，所获得的曲线。
4.如权利要求1所述的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，其特征在于，
所述利用断层参数和震级-频率关系式计算考虑断层上覆土层影响的不同埋深处位错年超越概率的具体步骤包括：
利用震级-频率关系式获得基岩错动概率危险性曲线；
确定活动断层及上覆土层的基本工况，并计算不同埋深处位错响应指标；
基于不同埋深处位错响应指标计算在给定场地条件下位错大于或等于给定值的条件概率；
根据基岩错动概率危险性曲线、不同埋深处位错响应指标和条件概率计算断层上覆土层位错年超越概率。
5.如权利要求3所述的一种断层上覆土层位错概率危险性分析方法，其特征在于，
所述所述活动断层及上覆土层的基本工况包括断层类型、基岩位错量、断层倾角、覆盖土层厚度以及上覆土体性质。
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