一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法

本发明属于工程地质研究领域，具体涉及一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法。

背景技术：

1、滑坡被定义为“大量岩石、碎片或泥土沿斜坡向下移动”，被认为是全球性的灾难性事件，往往会造成严重的经济和生态后果。每年在全球范围内，滑坡造成数千人死亡和受伤，以及数十亿美元的损失。发展中国家遭受的影响最大，每年滑坡造成的损失几乎占国民生产总值的0.5％。有记录显示，95％的滑坡灾害发生在发展中国家。由于降雨引起的滑坡灾害多为浅层滑坡且多为瞬间发生，因此运动速度较快，冲击力强，经常会对于影响范围内的房屋建筑物造成毁灭性的破坏。所以，如何有效评估滑坡冲击作用下建筑物的损坏程度，开展建筑物的易损性定量评估具有十分重要的作用，其结果能够为降低滑坡风险提供重要的理论依据。

2、然而，由于滑坡运动过程的复杂性和建筑结构动态响应的不确定性，定量化评价建筑物易损性仍然是一项重大挑战，目前还很少有方法对于滑坡冲击作用下的房屋易损性做出完全的定量评估，使其能更准确地对滑坡运动过程进行评价。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法。该方法基于pfc3d数值模拟与sigmoid函数构建，在快速滑坡冲击作用下评估建筑物易损性，旨在解决目前存在的滑坡建筑物易损性评估过程中难以考虑滑坡的运动过程、以及定量化程度不高的弊端，对有效开展滑坡风险评估和合理预警具有重要意义。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，提供一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法，所述评估方法包括以下内容：

4、滑坡的冲击动量p和建筑物的易损性v的函数关系式为：

5、其中m、n均为系数；p为负数时，v＝0；p不小于最大滑坡冲击动量pmax(即p不小于2n)时，v＝1；

6、所述易损性v的确定过程为：根据公式(8)获得考虑滑坡冲击动量时建筑物结构产生的结构总位移u，

7、

8、其中，ρ为滑坡体土壤的平均密度；g为重力加速度；b为滑坡作用在结构上的作用宽度；λ为建筑物形状系数；a为滑坡在结构上的作用面积；k为结构的刚度；α为滑坡与受威胁范围内建筑物的夹角。

9、查找国家标准规范确定该类建筑物结构的极限位移umax，将结构总位移u与其对应的极限位移umax的比值确定为结构在该情况下的易损性v的值；

10、获得滑坡运动到建筑物所在的位置时该滑坡的冲击动量p及此时的易损性v，反演得到函数关系式中的系数m、n，从而确定建筑物易损性的定量评估函数的表达式，用于考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性的定量评估。

11、第二方面，本发明提供一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法，所述评估方法的步骤是：

12、s1、收集滑坡、滑坡体土壤和滑坡威胁范围内的建筑物的相关信息，并获得滑坡与受威胁范围内建筑物的夹角α；

13、s2、在pfc3d软件中生成滑坡体，将滑坡体离散化为颗粒，赋予其重力后，对滑坡的整个运动过程进行模拟，得到不同时刻下滑坡体颗粒运动的位置，以及在该位置时的运动速度矢量vc和滑坡的堆积厚度h；

14、s3、根据公式(8)获得考虑滑坡冲击动量时建筑物结构产生的结构总位移u，

15、

16、其中，ρ为滑坡体土壤的平均密度；g为重力加速度；b为滑坡作用在结构上的作用宽度；λ为建筑物形状系数；a为滑坡在结构上的作用面积；k为结构的整体抗侧移刚度；

17、查找国家标准规范确定该类建筑物结构的极限位移umax，将结构总位移u与对应的极限位移umax的比值确定为结构在该情况下的易损性v的值；

18、s4、滑坡的冲击动量和建筑物的易损性的函数关系式为：

19、其中m、n均为系数；

20、计算滑坡运动到建筑物所在的位置时该滑坡的冲击动量p，结合步骤s3中获得的易损性v，反演得到函数关系式中的系数，从而确定建筑物易损性的定量评估函数的表达式，用于考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性的定量评估。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、(1)本发明首次提出使用sigmoid函数定义建筑物易损性-滑坡的冲击动量的函数公式，其中滑坡运动到建筑物时的冲击动量利用pfc3d数值模拟来计算，同时考虑冲击力和堆积物的静压力来计算结构总位移并确定其易损性，实现了建筑物易损性的完全定量评估，使得计算结果更为精准。

23、(2)本发明方法首先基于滑坡运动过程模拟确定可能受到滑坡冲击影响的建筑物，再利用模拟结果定量确定滑坡强度对可能受到滑坡冲击影响的建筑物的影响，为政府部门开展风险评价和管理提供了新思路。

技术特征：

1.一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下内容：

2.一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法，其特征在于，所述评估方法的步骤是：

3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤s1中，滑坡的相关信息包括滑坡位置、范围、规模、运动时间、累计运动距离在内的基本概况；滑坡体土壤的相关信息包括滑坡体土壤的平均密度ρ、内摩擦角粘聚力c在内的物理力学性质；滑坡威胁范围内的建筑物的相关信息包括滑坡作用在结构上的作用宽度b，结构层高h在内的基本信息。

4.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤是：

5.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤s3的具体步骤是：

6.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤s4的具体步骤是：

技术总结
本发明为一种考虑滑坡冲击动量的建筑物易损性定量评估方法，所述评估方法包括以下内容：滑坡的冲击动量P和建筑物的易损性V的函数关系式为：其中m、n均为系数；P为负数时，V＝0；P不小于2n时，V＝1；所述易损性的确定过程为：根据获得考虑滑坡冲击动量时建筑物结构产生的结构总位移u；查找国家标准规范确定该类建筑物结构的极限位移u<subgt;max</subgt;，将结构总位移与其对应的极限位移的比值确定为结构在该情况下的易损性的值；获得滑坡运动到建筑物所在的位置时该滑坡的冲击动量及此时的易损性，反演得到函数关系式中的m、n，从而确定建筑物易损性的定量评估函数的表达式。实现了建筑物易损性的完全定量评估，使得计算结果更为精准。

技术研发人员：郭子正,王豪杰,黄达,秦海燕
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8