青藏工程走廊多年冻土场地地震安全性研究进展∗

宽度不到10 km的青藏工程走廊穿越长约550 km的多年冻土区,承载了青藏铁路、青藏公路等重要生命线工程,同时,该地区强震多发,工程设施未来遭遇地震作用的风险较大。围绕青藏工程走廊多年冻土区这一特殊研究区域,从地震危险性分析和多年冻土场地地震动特征研究两方面对青藏工程走廊多年冻土区场地地震安全性研究现状进行回顾,并介绍最新研究进展。基于青藏工程走廊地震危险性对比分析结果,分别给出50年和100年超越概率63%、10%、2%的青藏工程走廊基岩地震动区划图,并转换得到50年超越概率10%的青藏工程走廊一般场地PGA区划图,与第五代中国地震动参数区划图相比,PGA=0.2g的范围有所扩大。场地反应分析结果表明,多年冻土场地地震动特征与冻土层温度及厚度、季节融化层厚度、冻土夹层厚度及其埋深有关。完全冻结场地地震动特征主要受冻土层温度和厚度影响,季节融化场地地震动特征主要受季节融化层厚度和多年冻土层厚度影响,多年冻土夹层场地地震动特征主要受冻土夹层厚度及埋深影响。研究结果可为青藏工程走廊内多年冻土区地震灾害风险区划、重大冻土工程地震安全性评价、寒区新建工程抗震设防及已有工程设施抗震加固等提供参考。     

深厚软弱场地地震反应特性研究

以南京、盐城、上海的 3个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表 ,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。首先 ,利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的GZZ 1自振柱试验机 ,对 3个典型场地的原状土样进行试验研究 ,获得了各类典型土的动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化曲线 ;其次 ,选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动 ,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为 0 .35m/s2 ,0 .70m/s2和 0 .98m/s2 ,利用程序SHAKE91对 3个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的 2 7种组合的地震反应分析。数值分析表明 :场地条件和基岩输入地震动特性对土层的地震加速度放大效应有显著影响 ,地表处的地震加速度放大系数随着输入地震波峰值的增加而减小 ,土层内部的这种规律性不如地表处表现得明显 ;地表软弱土的存在使土层地表处的地震加速度放大系数急剧增大 ,场地内部软弱土夹层处的地震加速度放大系数急剧增大 ,强震时易失效 ;互层土特殊的层理构造会造成该土层的剪应变幅值急剧增大。     

北京地区中硬场地地震动效应研究

依据典型工程场地的地震安全性评价报告,研究北京地区中硬场地地震动效应.首先,统计分析了地震安全性评价结果中的场地地震动放大效应.再利用201个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析不同地震动输入下的场地地震动放大效应.结果表明,北京地区中硬场地地震动放大效应明显,得到的场地地震动峰值加速度转换系数Ka高于《中国地...     

渤海海底表层软弱土特征及其对地震动的影响

以渤海PL19-3油田工程场地为研究对象,利用钻探和剪切波速实测资料,根据中国规范GB50011-2001、美国规范FEMA-NEHRP和欧洲规范EC8,进行场地类别研究;通过地震动效应分析,得到海底表层软弱土对峰值加速度和反应谱的影响。结果表明,现行规范中的场地土类型划分标准是针对陆地场地土特征的,不能反映覆盖较厚的海底淤泥层的特征;海底表层软弱土对地震动加速度的幅值和频谱的影响非常明显,其对峰值加速度的放大倍数较高,但受土的非线性变形影响,随着地震动输入的增大,其放大倍数呈非线性降低,软土场地使得加速度反应谱谱形变宽,特征周期变大。本文的结果为开展海洋工程抗震标准、海域地震区划研究积累了相关基础资料。     

软弱层几何特性与剪切波速对场地反应谱的影响研究

场地土层结构对地震动的影响一直备受关注。针对含有一层软弱土层的匀质场地展开非线性地震反应分析,研究了软弱土层的几何分布特性和剪切波速变化对地表反应谱的影响。结果表明:1软弱层使得场地反应谱特征周期延长,长周期段曲线升高并出现多峰值现象,含软弱层场地的反应谱与无软弱层场地的反应谱差值比远大于工程可接受的误差范围。2软弱层所引起的最大反应谱差值比随软弱层厚度和埋深的增加而近似线性增大,随软弱层剪切波速的减小而非线性增加,在本文算例中,最大反应谱差值比接近12倍。3反应谱最大差值比所对应的敏感周期随着软弱层厚度、埋深和输入加速度幅值的增加而增大,随剪切波速的减小而增大。分析表明,软弱层中的剪应变远大于邻近正常土层中的剪应变,这是引起地表加速度反应谱发生改变的主要原因。     

SH波入射下阶跃基岩覆盖土层场地地面运动特征分析

利用二维显式有限元场地地震反应分析程序,把不同频谱特性的地震动作为输入基岩的SH波,探讨了阶跃基岩覆盖土层场地地震动空间分布特征,重点研究了覆盖土层厚度和土层性状对场地地表加速度峰值和反应谱的影响。研究表明:对于阶跃基岩覆盖土层场地,覆盖土层厚度变化对相应区域地表地震反应有较为明显的影响,对土层厚度不变区域的地表地震反应影响不明显。土层性状对阶跃基岩覆盖土层场地地表的加速度峰值和反应谱均有重要的影响。软土和上软土下硬土组合土层场地地表的加速度峰值要比硬土场地地表上的大。软土场地中反应谱的峰值要比硬土场地中反应谱的峰值大,硬土场地反应谱峰值对应的周期较短,软土场地反应谱峰值对应的周期较长。土层性状对地震动反应谱的影响,主要体现在短周期分量上。     

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析

远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。结果表明:远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5~2s和3~6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1~4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。     

SV波入射下断层参数对地表地震动的影响

基于应用透射人工边界条件的显式有限元法,计算了断层破碎带宽度及其物理力学参数变化、入射地震动角度变化时二维断层场地模型地表地震动场的分布。结果表明:低速度断层破碎带的存在导致整个场地都有SV波转换为P波的分量,且在破碎带区域出现断层陷波;低速度断层破碎带的存在使输入场地恒定的能量向破碎带中集聚放大,且随着破碎带宽度增大或破碎带介质波速降低,集聚放大效应增大;场地放大效应是频率相关的,具有不同卓越频率的断层场地会有选择性地放大和场地卓越频率相近的地震动,破碎带宽度增大或介质波速降低时,断层场地的卓越频率降低,显著放大效应选择的地震动卓越频率也相应越低,即宽度较宽或介质波速较低的低速度断层破碎带场地的卓越频率较低,对输入场地的较低频率成分的地震动放大显著;竖向低速度断层破碎带能阻隔斜入射地震波,且随着入射角增加,这种隔震效应更显著。     

本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

黄土丘陵沟壑区挖填场地动力响应特征研究∗

以黄土丘陵沟壑地区大规模平山填沟造地工程为背景,结合相关工程实例,定量分析新型挖填场地在地震作用下场地动力响应特征及其关键影响因素。以场地地球物理勘测和压实黄土室内动三轴试验为基础,构建考虑场地横向不均匀性的场地地震反应分析模型,给出场地填方厚度、挖填交界面和土层参数对场地挖方区、填土区和界面区地震动特征参数的影响规律。研究发现：场地覆盖土层厚度在一定范围内对地震动峰值加速度影响明显,而大厚度覆盖层对地震波能量传递有抑制作用;填方土层压实参数影响填方区地震动放大范围;挖填界面的平均坡度和界面阻抗对平面内地震波场折射和反射影响较大。研究结果可为黄土地区大规模挖填场地地震稳定性分析提供参考依据。     

地面运动最大幅值、到时的差动特性

利用ＳＭＡＲＴ－１台阵３次地震的水平分量加速度记录统计了局部场地上地震动加速度最大幅值、到时的变化特性。统计结果表明：在局部场地上，地震动加速度的最大幅值随土层厚度和测点坐标的变化是显著的，而到时变化仅依赖于测点坐标     

近断层脉冲型地震动耦合效应特征

指出了近断层脉冲型地震动耦合效应的存在。以典型走滑断层型地震动为数据基础,考虑场地条件的影响,对近断层方向性效应地震动分量(CFN)、滑冲效应地震动分量(CFP)以及相互垂直的两耦合地震动分量(C45°和C-45°)的峰值、反应谱分别做了定性的比较。结果表明,各地震动分量的加速度峰值之间差别不明显,但方向性效应地震动分量的速度和位移峰值明显大于其它分量相应的峰值;不同场地、不同周期段的绝对加速度、相对速度和相对位移反应谱谱比呈现不同的变化特点;岩石场地上方向性效应地震动分量长周期段的加速度反应谱最高,而土层场地上各分量加速度反应谱之间的差别不大;近断层结构抗震设计时,地震动分量和设计谱的选取应适当考虑地震动的方向效应。     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性，利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性；以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下，T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响；T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性；(2) 基岩地震动高频丰富时，T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势；而基岩地震动低频较发育时，T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点；（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势，且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

利用场地表征参数研究岷漳地区地震动相对变化趋势

近地表场地条件所引起的地震动差别可以造成不同场地上建筑物震害的显著差异。为了在岷漳地区的震害预测和长期发展规划中考虑场地条件差异性,提出联合V_(s30)和地形标度曲率作为场地表征参数来获得研究区地震动相对变化趋势图的方法。研究表明:土质山体土质河谷基岩山体基岩河谷是研究区地震动变化的基本规律,但因覆盖层厚度和地形条件的不同,具体场地的地震动变化也有不同。总体上,地震动峰值加速度的放大程度主要与近地表V_(s30)相关,V_(s30)越大地震动峰值加速度的放大越小,地震频谱受频率标度地形曲率和覆盖层厚度共同影响,分别在相应的特征频率处放大。该研究可为区域地震动预测提供理论依据,为制定区域长期发展规划和建筑抗震设计提供重要的基础资料,基于场地表征参数研究区域地震动相对变化趋势的方法也可应用于地震烈度速报和地震灾害快速评估等领域。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

软岩地基下AP1000核电屏蔽厂房结构地震响应研究

以AP1000核电屏蔽厂房结构为研究对象,进行考虑土-结构相互作用的地震响应分析,探讨不同厚度和不同地表倾斜角度软岩场地对屏蔽厂房结构地震响应的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了软岩层厚度分别为25、30、35、40m以及地表倾斜角度分别为0°、3°和6°的土-结构相互作用模型,实现了地震动输入。对计算所得楼层响应谱进行对比分析可知,软岩层较硬岩层对地震传播有一定的放大效应,软岩层厚度的增加会使峰值频率往低频方向移动;倾斜场地对楼层响应谱高频部分有一定的放大效应。该研究结果对软岩场地下核电厂抗震安全评价具有一定参考意义。