近断层时空耦合地震动施加方法、系统及存储介质

本发明涉及铁路工程抗震分析，具体地涉及一种近断层时空耦合地震动施加方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、现有非一致地震动输入方法多面向桥梁、管廊、隧道等长大结构，常采用多点激励、行波输入或空间变异随机地震动模拟方法。对于桥梁等离散支承结构，在有限个支承点施加不同地震动时程具有较强适用性；但铁路路基段和无砟轨道-路基-基础体系属于典型连续支承结构，底部输入边界沿线路方向连续分布，若简单采用有限离散点输入，容易引入空间截断误差，难以反映连续支承结构沿线受震状态的空间连续变化。

2、cn116227299a《一种路基结构粘弹性边界与地震动输入实现方法》主要解决已知地震动如何施加至有限元边界的问题，并未涉及如何基于多条实际近断层控制记录构建沿铁路线路纵向连续变化的近断层时空耦合非一致地震动输入场。cn114442153b《一种近断层地震动拟合方法》主要解决如何生成或拟合一条近断层地震动时程的问题，并未考虑该近断层输入如何沿铁路线路连续支承结构底部边界传播。cn107480325b《空间变异的非平稳非高斯地震动时程模拟方法》虽然考虑了地震动空间变异性，但通常需要预先给定空间点位置和目标功率谱矩阵，更适用于桥梁、隧道等离散或多点输入场景。cn116804768b《一种用于近跨断层结构抗震分析的地震动确定方法》关注近跨断层结构分析中地震动位移特征参数的选取与构造，并未针对铁路线路连续支承结构提出完整技术链条。

3、现有多点激励或空间变异输入方法通常需要人为预设输入点数量和空间位置，或者按照等间距方式布设控制点。若采用固定分区，可能在输入场变化剧烈区域精度不足；若对每个底部节点逐点输入，则会造成幅值曲线数量过多、输入文件规模过大和前处理效率降低。因此，亟需提出一种能够构建近断层时空耦合连续非一致输入场，并根据输入场变化强度对底部输入边界进行自适应分区的地震动施加方法。

技术实现思路

1、本发明实施方式的目的是提供一种近断层时空耦合地震动施加方法、系统及存储介质，以至少解决现有方法难以兼顾连续边界非一致输入精度和有限元输入效率的问题。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种近断层时空耦合地震动施加方法，所述方法包括：获取多条实际近断层地震动控制记录，并提取所述多条实际近断层地震动控制记录的近断层特征参数；基于所述近断层特征参数构建沿铁路线路方向连续变化的近断层时空耦合连续非一致输入场；基于所述近断层时空耦合连续非一致输入场，对铁路线路连续支承结构有限元模型的底部输入边界进行自适应分区，得到多个输入分区；分别确定各所述输入分区对应的代表位置，并在所述代表位置处生成分区代表地震动样本，将所述分区代表地震动样本作为对应输入分区内底部节点的加速度输入，以完成近断层时空耦合地震动的施加。

3、可选的，获取多条实际近断层地震动控制记录，并提取所述多条实际近断层地震动控制记录的近断层特征参数，包括：获取多条实际近断层地震动记录，分别计算各所述实际近断层地震动记录的阻尼加速度反应谱，并基于所述阻尼加速度反应谱与目标反应谱之间的匹配结果，从所述多条实际近断层地震动记录中确定多条实际近断层地震动控制记录；对所述多条实际近断层地震动控制记录进行峰值加速度调幅处理，得到调幅后的实际近断层地震动控制记录；对所述调幅后的实际近断层地震动控制记录进行近断层脉冲特征提取和时频分析，得到所述近断层特征参数，所述近断层特征参数包括脉冲到达时刻、脉冲周期、脉冲幅值和演化功率谱中的至少一种。

4、可选的，基于所述近断层特征参数构建沿铁路线路方向连续变化的近断层时空耦合连续非一致输入场，包括：基于所述脉冲到达时刻、所述脉冲周期和所述脉冲幅值，并结合断层与铁路线路之间的几何关系，确定脉冲参数沿铁路线路空间坐标的连续演化函数；基于所述演化功率谱、所述连续演化函数和所述目标反应谱，构建随空间位置、频率和时间共同变化的时空联合演化功率谱；基于所述时空联合演化功率谱确定所述近断层时空耦合连续非一致输入场的时空演化特征。

5、可选的，构建随空间位置、频率和时间共同变化的时空联合演化功率谱，包括：确定基准功率谱和时空联合调制函数；基于所述时空联合调制函数对所述基准功率谱进行调制，得到所述时空联合演化功率谱；其中，所述时空联合调制函数包括时间包络调制函数和频率调制函数，所述时间包络调制函数用于反映近断层主脉冲前后的强度变化，所述频率调制函数用于反映不同空间位置和不同时刻的频谱成分演化。

6、可选的，基于所述近断层特征参数构建沿铁路线路方向连续变化的近断层时空耦合连续非一致输入场，还包括：构建用于约束不同空间位置处地震动样本相关性的等效目标时变相干函数；其中，所述等效目标时变相干函数基于台阵记录、近断层记录库统计特征或工程目标约束中的至少一种构建，所述等效目标时变相干函数包括行波相位项、相干性衰减项和近断层脉冲时变项，所述行波相位项用于表征地震动沿铁路线路方向传播产生的相位差，所述相干性衰减项用于表征不同空间位置之间的相干性衰减，所述近断层脉冲时变项用于表征近断层主脉冲到达前后空间相关性的时变特征。

7、可选的，基于所述近断层时空耦合连续非一致输入场生成多个空间位置处的地震动样本，包括：基于所述时空联合演化功率谱和所述等效目标时变相干函数，构造多个空间位置对应的互演化功率谱矩阵；对所述互演化功率谱矩阵进行矩阵分解，并基于矩阵分解结果采用改进谱表示法同步生成所述多个空间位置处的地震动样本；对所述多个空间位置处的地震动样本进行峰值加速度一致归一化处理，使不同空间位置处的地震动输入具有一致的峰值加速度，并使非一致性体现为传播时延、相位、波形、主脉冲到达时刻和局部频谱中的至少一种差异。

8、可选的，基于所述近断层时空耦合连续非一致输入场，对铁路线路连续支承结构有限元模型的底部输入边界进行自适应分区，得到多个输入分区，包括：识别所述铁路线路连续支承结构有限元模型底部边界上用于施加加速度输入的底部节点，形成底部输入节点集合；将所述底部输入节点集合对应的连续底部输入边界作为评价对象，并在所述连续底部输入边界上设置多个评价位置；基于所述近断层时空耦合连续非一致输入场生成各所述评价位置处的地震动样本，并根据各所述评价位置处的地震动样本之间的差异确定综合差异指标；基于所述综合差异指标对所述连续底部输入边界进行自适应分区，得到多个输入分区。

9、可选的，基于所述综合差异指标对所述连续底部输入边界进行自适应分区，得到多个输入分区，包括：基于所述综合差异指标确定所述连续底部输入边界中的潜在分区边界；根据所述潜在分区边界对所述连续底部输入边界进行递归细分，并在细分得到的评价区段满足预设误差阈值要求时，将对应评价区段确定为输入分区；在满足所述预设误差阈值要求的基础上，对所述输入分区进行多目标优化，以减少输入分区数量并降低有限元输入复杂度；其中，各所述输入分区对应的代表位置根据对应输入分区内的区段误差确定，所述分区代表地震动样本基于所述代表位置生成。

10、本发明第二方面提供一种近断层时空耦合地震动施加系统，所述系统包括：数据获取单元，用于获取多条实际近断层地震动控制记录，并提取所述多条实际近断层地震动控制记录的近断层特征参数；构建单元，用于基于所述近断层特征参数构建沿铁路线路方向连续变化的近断层时空耦合连续非一致输入场；分区确定单元，用于基于所述近断层时空耦合连续非一致输入场，对铁路线路连续支承结构有限元模型的底部输入边界进行自适应分区，得到多个输入分区；地震动施加单元，用于分别确定各所述输入分区对应的代表位置，并在所述代表位置处生成分区代表地震动样本，将所述分区代表地震动样本作为对应输入分区内底部节点的加速度输入，以完成近断层时空耦合地震动的施加。

11、另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的近断层时空耦合地震动施加方法。

12、通过上述技术方案，本发明实施方式通过实际近断层地震动控制记录提取近断层特征参数，并据此构建沿铁路线路方向连续变化的时空耦合连续非一致输入场，使地震动输入能够反映近断层脉冲、相位、传播时延及频谱特征的空间变化。在此基础上，对铁路线路连续支承结构有限元模型的底部输入边界进行自适应分区，并以分区代表地震动样本作为对应底部节点的加速度输入，能够避免简单离散点输入造成的空间截断误差，也避免逐节点输入导致的幅值曲线数量过多和前处理效率低的问题，从而兼顾连续边界非一致输入精度和有限元输入效率。

13、本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。