一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术涉及边坡工程技术领域，并公开了一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法、系统及介质，该方法通过对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据依次进行EMD分解和Hillbert变换，得到每个时频数据对应的Hillbert边际谱，再基于相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，标记出所有损伤点的位置，最后根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出该边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，构建三维空间滑裂面。因此，本发明专利技术的滑裂面位置预测方法不仅可以避免对边坡结构的损害，还由于不需要施工或勘察等操作以及复杂的计算，提高了预测效率与精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法、系统及介质
本专利技术涉及边坡工程
，具体涉及一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法、系统及介质。
技术介绍
随着我国经济的持续发展，基础设施建设、能源开发等工程规模不断扩大，产生了大量的填、挖方边坡，这些自然边坡和人工边坡带来了大量的边坡稳定问题。而在这些边坡稳定问题中，由于地震引发的动力稳定问题往往具有分布广、数量多、危害大的特点，常常威胁着民众的生命财产安全并带来巨大经济损失。边坡的稳定性分析是在确定的滑裂面基础上开展的，因此，明确地震边坡在动力作用下滑裂面的性质和位置是至关重要的。对于滑裂面位置的预测，通常是工程师在地震后根据工程经验假定一系列的滑裂面，然后利用极限平衡分析搜索得到边坡滑裂面，但采用这种方式非常依赖工程师的工程经验，预测结果具有很大的随意性且不稳定；另外，在地震后通过打钻孔、挖探槽等方式来判断滑裂面的位置，但这种勘察手段对边坡的结构破坏较大，在受到一定破坏的坡体上打钻孔，存在较大安全隐患。因此，有必要设计一种不依赖工程师经验且无需在地震后钻孔挖槽进行勘察的滑裂面位置预测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种能够预测得到边坡地震动力破坏时刻边坡内部对应的滑裂面的方法，不仅可以避免对边坡结构的损害，还极大地提高了预测效率和精确度。为了达到上述目的，本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，其包括以下步骤：S1：对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据进行EMD分解，得到每个时频数据的各阶IMF分量；S2：选取每个时频数据的各阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量，并对该IMF分量进行Hillbert变换，得到对应的Hillbert边际谱；S3：基于相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，并标记出损伤点的位置；S4：根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出所述边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，该曲面即为滑裂面。根据一种具体的实施方式，本专利技术基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法的步骤S3具体包括：根据各个加速度计在边坡内部的埋设位置，由边坡坡面往边坡内填土的方向划分若干个数据采集面，并在每个所述数据采集面上，由坡脚往坡顶的方向划分若干个数据采集序列；依次进行每个所述数据采集序列中相邻位置的两个加速度计对应的边际谱比较分析，并标记出每个所述数据采集序列对应的损伤点的位置。根据一种具体的实施方式，本专利技术基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法的步骤S2具体为：分离出频率由高到低分布的若干阶IMF分量，并选取每个时频数据的前4阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量。本专利技术在具体实施的一方面，本专利技术还提供一种滑裂面位置预测系统，其包括若干个埋设在边坡内部不同位置的加速度计，以及数据处理装置；其中，所述数据处理装置用于获取埋设在边坡内部的各个加速度计所采集到的时频数据；而且，所述数据处理装置还包括：EMD分解模块，用于对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据进行EMD分解，得到每个时频数据的各阶IMF分量；Hillbert变换模块，用于选取每个时频数据的各阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量，并对该IMF分量进行Hillbert变换，得到对应的Hillbert边际谱；损伤点标记模块，用于根据相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，并标记出损伤点的位置；预测模块，用于根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出所述边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，该曲面即为滑裂面。根据一种具体的实施方式，本专利技术的滑裂面位置预测系统中，所述损伤点标记模块还包括：划分子模块，用于根据各个加速度计在边坡内部的埋设位置，由边坡坡面往边坡内的方向划分若干个数据采集面，并在每个所述数据采集面上，由坡脚往坡顶的方向划分若干个数据采集序列；数据采集序列损伤点标记子模块，用于依次进行每个所述数据采集序列中相邻位置的两个加速度计对应的边际谱比较分析，并标记出每个所述数据采集序列对应的损伤点的位置。根据一种具体的实施方式，本专利技术的滑裂面位置预测系统中，边坡填土内部的所述数据采集序列其加速度计均位于同一竖直线上。根据一种具体的实施方式，本专利技术的滑裂面位置预测系统中，所述加速度计安装在一盒体内，且整个盒体的总重量与其同体积的边坡积土的重量一致。根据一种具体的实施方式，本专利技术的滑裂面位置预测系统中，位于边坡坡顶的加速度计采用环氧树脂固定。根据一种具体的实施方式，本专利技术的滑裂面位置预测系统中，所述加速度计采用三轴加速度计。本专利技术在具体实施的一方面，还提供一种可读存储介质，其上存储有一个或多个程序，其特征在于，该一个或多个程序被一个或多个处理器执行时实现本专利技术基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法。综上所述，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，通过对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据依次进行EMD分解和Hillbert变换，得到每个时频数据对应的Hillbert边际谱，再基于相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，标记出所有损伤点的位置，最后根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出该边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，该曲面即为滑裂面。因此，本专利技术的滑裂面位置预测方法不仅可以避免对边坡结构的损害，还由于无须施工或勘察等操作，耗时短，提高了预测效率，而且不需要复杂的计算，并以能量的角度表征了边坡内部的震害损伤特征，提高了精确度。附图说明：图1为本专利技术边坡内部的加速度计的三维分布图；图2为本专利技术边坡坡顶埋设加速度计的示意图；图3为本专利技术边坡地质模型坐标系的示意图；图4为本专利技术预测的三维滑裂面的示意图；图5为本专利技术边坡内部的加速度计的二维分布图；图6为本专利技术预测的二维滑裂面的示意图；图7为本专利技术实验例中边坡内部加速度计的分布图；图8～图11分别为本专利技术实验例中前4阶IMF分量及其瞬时频率图；图12为本专利技术实验例中各个加速度计的边际谱峰值曲线变化图一；图13为本专利技术实验例中各个加速度计的边际谱峰值曲线变化图二；图14为本专利技术实验例中预测的滑裂面的示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。本专利技术基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法实施的基础在于边坡内部埋设的加速度计的数据采集网络。通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据进行EMD分解，得到每个时频数据的各阶IMF分量；/nS2：选取每个时频数据的各阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量，并对该IMF分量进行Hillbert变换，得到对应的Hillbert边际谱；/nS3：基于相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，并标记出损伤点的位置；/nS4：根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出所述边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，该曲面即为滑裂面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据进行EMD分解，得到每个时频数据的各阶IMF分量；
S2：选取每个时频数据的各阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量，并对该IMF分量进行Hillbert变换，得到对应的Hillbert边际谱；
S3：基于相邻位置的两个加速度计的时频数据对应的Hillbert边际谱峰值曲线，进行边际谱比较分析，并标记出损伤点的位置；
S4：根据各个加速度计在边坡地质模型空间坐标系的坐标，预测出所述边坡地质模型空间坐标系中经过所有损伤点的曲面，该曲面即为滑裂面。


2.如权利要求1所述的基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
根据各个加速度计在边坡内部的埋设位置，由边坡坡面往边坡内填土的方向划分若干个数据采集面，并在每个所述数据采集面上，由坡脚往坡顶的方向划分若干个数据采集序列；
依次进行每个所述数据采集序列中相邻位置的两个加速度计对应的边际谱比较分析，并标记出每个所述数据采集序列对应的损伤点的位置。


3.如权利要求2所述的基于边坡内部震动的滑裂面位置预测方法，其特征在于，步骤S2具体为：分离出频率由高到低分布的若干阶IMF分量，并选取每个时频数据的前4阶IMF分量中幅值较高且频率信息较丰富的IMF分量。


4.一种滑裂面位置预测系统，其特征在于，包括若干个埋设在边坡内部不同位置的加速度计，以及数据处理装置；其中，所述数据处理装置用于获取埋设在边坡内部的各个加速度计所采集到的时频数据；
而且，所述数据处理装置还包括：
EMD分解模块，用于对边坡内部不同位置埋设的加速度计所采集到的时频数据进行EMD分解，得到每个时频数据的各阶IMF分量；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲宏略，黄雪，张良翰，何云勇，张哲，李彪，王晨旭，王栋，郭德平，郭亮，邓媛媛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51