Structural Characterization of a Toppling Rock Slab From Array‐Based Ambient Vibration Measurements and Numerical Modal Analysis
Structural Characterization of a Toppling Rock Slab From Array‐Based Ambient Vibration Measurements and Numerical Modal Analysis
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基于阵列的环境振动测量和数值模态分析对倾倒岩板的结构表征
DOI：
10.1029/2022jf006679
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Dzubay, A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bessette‐Kirton, E. K.;Moore, J. R.;Geimer, P. R.;Finnegan, R.;Häusler, M.;Dzubay, A.
对不稳定岩质边坡的内部结构和边界条件进行准确评估是评估滑坡灾害情景的必要条件。然而，在深度的不稳定性表征仍然具有挑战性，往往是昂贵的或侵入性的地下调查的限制。在这里，我们开发了一种新的方法耦合基于阵列的环境振动模态分析和数值建模，以改善岩石边坡不稳定性的结构表征在深度。我们在美国犹他州一个500 m长的倾倒岩板上使用30个节点地震检波器阵列记录的4小时地震数据的环境噪声互相关来识别0.8和3.5 Hz之间的模态频率并推导模态位移。我们发现，横向和纵向弯曲模式跨越长度的不稳定性，表示一个相互关联的板。现场结果与1，000多个不同边界条件的有限元模型输出的统计比较表明，中间和侧面区域的不稳定深度分别在40-70米和10-20米之间变化。我们的方法产生新的信息的结构条件下的岩石悬崖和柱不稳定性的深度，这是不容易获得的其他手段，但必须变化检测监测和改进的危害评估。
Accurate assessments of the internal structure and boundary conditions of unstable rock slopes are imperative for evaluating landslide hazard scenarios. However, instability characterization at depth remains challenging and is often limited by costly or invasive subsurface investigations. Here, we develop a new approach coupling array‐based ambient vibration modal analysis and numerical modeling to improve structural characterization of rock slope instabilities at depth. We used ambient noise cross‐correlation on 4 hr of seismic data recorded by an array of 30 nodal geophones at a 500‐m‐long toppling rock slab in Utah, USA to identify modal frequencies between 0.8 and 3.5 Hz and derive modal displacements. We show that transverse and longitudinal bending modes span the length of the instability, indicating an interconnected slab. Statistical comparison of field results with outputs from >1,000 finite element models with varying boundary conditions showed that the instability depth varies between 40–70 and 10–20 m in the middle and lateral regions, respectively. Our approach yields new information on the structural conditions of rock cliff and column instabilities at depth, which is not easily obtained by other means but is imperative for change detection monitoring and improved hazard assessments.
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