一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法

本发明属于断层错动下隧道地震风险
技术领域：
，特别是涉及一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法。
背景技术：
：随着我国的都市化发展速度的加快，都市人口的快速增长所带来的交通压力与日俱增，为了能更好更快的发展大都市，解决交通问题首当其冲。地面交通方式已经远远地不能满足人们的需求，因此，地下交通方式也就成为缓解大都市目前交通压力的最具前景的方式，而这种方式正是目前国内大都市正在积极大力发展，普遍修建的地铁等浅埋隧道结构。因此随着经济的发展，地下建筑物的数量越来越多，一般在隧道线路走向设计时，原则上是尽量避免穿越断层，但是有时因为线路整体走向的原因，不可避免的要穿越断层。国内外的抗震设计技术规范主要是针对地震地面运动对隧道造成的破坏，用地震动参数指标(如pga等)去衡量地震对结构破坏大小，在国内关于断层错动对隧道结构造成破坏方面的规范，在《建筑结构设计规范》(gb50011-2010)、《公路隧道设计规范》(jtgd70-2-2014)对于穿越活动断层等不良地质条件时，一般采用“避让绕行"原则进行设计。没有针对断层错动对隧道结构造成破坏的风险进行评估。技术实现要素：为了克服上述问题，本发明提供了一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法。本发明所采用的技术方案是：一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法，包括以下步骤：步骤1：确定隧道所穿越的活动断层的位置、角度、长度以及类型，分析断层的活动性，确定断层的最小地震的年发生率，评估该断层的震级-频度关系；步骤2：利用已有的断层错动量(基岩错动量或地表错动量)预测方程，根据式(1)，评估断层错动量的概率地震危险性，获得该断层错动量概率地震危险性曲线(x轴为断层地表最大错动量，y轴为该错动量所对应的年超越概率)；λd(d)＝v∫mp[d>d|m]·f(m)·dm(1)式(1)中，λd(d)为断层错动量d超越某一阈值d的平均年超越率，v为地震年平均发生率，p(d>d|m，)表示当震级为m时，断层错动量大于某一给定值d的条件概率，f(m)为断层能够产生地震震级为m级的概率密度函数；步骤3：确定跨越断层隧道的基本工况，包括断层与隧道的夹角、隧道埋置深度与土体性质等，利用有限元模型，如flac3d或abaqus等，对跨断层隧道进行三维建模；逐级施加断层错量(例如0m-1m，每0.01m施加一次)，计算在断层不同错动量的作用下，隧道衬砌的一系列弯矩；步骤4：根据隧道的实际设计情况，计算跨越断层隧道段的衬砌极限弯矩，然后用步骤3中所求出的一系列弯矩除以该极限弯矩，获得隧道的一系列破坏指标值rm(即弯矩比值：实际弯矩/极限弯矩)；步骤5：获取隧道受断层错动破坏的易损性模型，即步骤4中的弯矩比与导致结构达到不同破坏状态的概率之间的关系，数学表达式为公式(2)；式(2)中，p是隧道易损性累积概率函数，描述了在给定隧道破坏指标值rm时，隧道的破坏状态ds大于等于特定破坏状态dsi的概率，是破坏指标的中位数，β是破坏指标对数标准差；步骤6：基于步骤2-5所获取的错动量概率危险性曲线、跨越断层隧道破坏指标值、以及易损性模型，根据式(3)，计算出跨越断层隧道在断层错动作用下，导致结构不同破坏状态的年超越率，即跨越断层隧道由于活断层错动发生破坏的概率风险；式(3)中，为等于或大于目标破坏状态的年超越率，p(ds≥dsi|rm＝rm(d，θ))是给定错动量d和其他参数θ(如夹角、埋深等)条件下，由有限元模型计算出破坏指标rm等于rm时，隧道的破坏状态ds大于特定破坏状态dsi的条件概率，即易损性函数，λd(d)为断层错动量的平均年超越率；步骤7：将步骤6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(4)，把年超越概率λ转换成指定年限(如设计年限)内发生等于或高于某种破坏状态的概率p；p＝1-e-λt(4)式(4)，t为结构的指定年限，λ为式(3)中的步骤八：步骤6和步骤7的结果，用于指导评估跨越断层隧道的地震风险。本发明的优点如下：1、目前国内外的抗震设计技术规范主要是针对地震地面运动对隧道造成的破坏，关于断层错动对隧道结构造成破坏方面的规范尚不明确，该方案提出了一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法，弥补了这方面的空缺，对隧道地震风险进行了量化，便于应用。2、该计算方案可以根据跨越断层的隧道的实际情况进行建模与分析，通过数值模拟的方法可以考虑隧道埋深、隧道走向与断层走向的夹角、基岩覆盖土层深度等不同因素对隧道结构的影响，使得在风险计算的时候更加合理。附图说明图1为本发明所述一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法的实施例震级与频度关系图；图2为本发明所述一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法的实施例危险性曲线示意图；图3为本发明所述一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法的实施例有限元模型图；图4为本发明所述一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法的实施例错动量与弯矩比图；图5为本发明所述一种基于全概率的断层错动下隧道地震风险分析方法的实施例机构严重破坏的易损性曲线示意图。具体实施方式下面对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。实施例已知某隧道通过某一走滑断层，其断层宽度为31km、长度为50km。断层地震活动性信息：地震震级的上限为7、下限为5，b值为0.83。隧道衬砌厚度0.6m，埋深为20m，隧道走向与断层走向为90°，隧道重度25kn*m-3，弹性模量33.5gpa，0.2泊松比，两盘土层重度20kn*m-3，弹性模量0.55gpa，0.3泊松比，粘聚力0.25mpa，内摩擦角22°断层土层重度19kn*m-3，弹性模量0.35gpa，0.35泊松比，粘聚力0.1mpa，内摩擦角20°。计算：步骤1)：地震年平均发生率v5为0.56，得出的震级与频度关系，如图1所示；步骤2)：断层错动量预测方程：lgd＝1.0267*m-7.3973；概率截断模型为以上带入式(1)：可得危险性曲线，如图2所示；步骤3)：建立abaqus有限元模型如图3所示；步骤4)：求出错动与弯矩比之间的关系，如图4所示；步骤5)：获取易损性曲线，如图5所示，以及获取易损性曲线信息，如表1所示；表1易损性曲线的均值与方差表破坏等级均值方差严重破坏2.98830.13075步骤6)：根据步骤2-5所获取的信息，利用式(3)，计算过断层隧道发生严重破坏的年超越率为：λds＝0.005；步骤7)：利用式(4)，得出指定年限为100年时，过断层隧道发生严重破坏的概率p＝39.4％。指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页12