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。     

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。     

复杂土层结构黄土场地地震动反应特性

基于复杂土层结构黄土场地的振动台缩尺模型试验,揭示了强震作用下场地的地震动响应规律;结合数值仿真模拟,分析了模型场地位移变化规律、地震波传播特征等。结果表明:(1)输入同一地震荷载情况下,峰值加速度(PGA)沿高程方向呈现递增趋势;同一监测点,PGA变化与地震动强度呈现正相关。(2)水平分量PGA大于垂直分量PGA;试验结果和计算所得PGA放大系数变化略有差异。(3)地表位移放大系数在2. 5～3. 5范围内变化;位移峰值的变化趋势与加速度峰值变化相似。(4)地震波传播速度变化与高程之间呈现负相关关系;在上覆土层厚度小于42. 5 m的情况下,地震波传播速度受上覆土层厚度影响较小;地震波在该黄土场地传播的过程中,其水平分量速度较垂直分量速度递减明显。试验与计算结果对黄土场地建筑选址和抗震设防具有一定的参考意义。     

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明:①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。     

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。     

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。     

基于离心模型试验的自由场地震响应研究

本文进行了砂质粉土层自由场地震响应的离心机振动台模型试验,研究了不同地震荷载条件下自由场的响应。研究结果表明,自由场响应与地震强度条件密切相关,地层响应加速度具体量值随入射地震波强度的增加而增大,但加速度放大系数却随地震强度的增大而减小,此外,地震强度对场地的侧向水平位移和地表沉降同样存在影响。     

土动力参数变异性对深软场地地表地震动参数的影响

采用等效线性化技术考虑土的动力非线性特性,利用一维波传法及SHAKE91软件计算水平成层场地的地震反应,研究了土的动剪模量比和阻尼比与剪应变幅值的关系曲线、土层剪切波速的变异性对深软场地地表峰值加速度及其反应谱的影响。结果表明:土的动剪模量比均值加1倍标准差与阻尼比均值减1倍标准差、动剪模量比均值减1倍标准差与阻尼比均值加1倍标准差的组合对地表峰值加速度的影响最为显著,但对地表加速度反应谱形状的影响不大;土层剪切波速15%的变异性对地表加速度反应谱形状有较大影响;土层剪切波速的变异性对地表加速度和反应谱的影响比动剪模量比和阻尼比变异性的影响更为显著。     

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。     

海湾深厚海床场地二维非线性远场强地震反应特征∗

人们早已认识到远距离强地震可能引起覆盖层深厚的沿海或盆地城市发生严重的地震灾害。以某杭州湾跨海通道为背景,建立跨海湾海床二维场地的精细化有限元模型,依据区域地震活动性,选取远场大地震井下记录作为海床基岩的输入地震动,考虑地震动特性、海床微地形特征、沉积土的空间异质性和非线性滞回特性,研究了远场强震引起的海床场地非线性地震效应特征。海床场地效应与海床微地形特征、沉积土的空间异质性和输入地震动特性密切相关。凹陷地表边缘、基岩隆起和凹陷部位及海床土软弱区域的场地放大效应显著,呈现出低频聚焦现象,且竖向地震反应更为明显。仅考虑水平向地震作用将显著低估海床非线性场地效应程度,水平向和竖向地震同时作用引起的竖向地震效应不应忽视。     

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。     

软泥夹层对香港软土场地地震反应的影响

选择了香港有代表性的８个典型场地，通过钻探、现场剪切波速测量和土样动力实验建立了场地的分析模型，用２１次地震的１２８条基岩地震动记录作为，计算了场地土层地震反应，结果表明，对带海泥软夹层的砂质回填土场地，地震动的长周期分量（１．２～１．５s）被显著放大了，现有抗震规范的设计反应谱不能反映这类场地的反应特性，基于计算结果，提出了分别适合有、无软夹层场地的归－化设计反应谱。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅱ)——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值(PGA)逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波(经时间相似常数4.47压缩)时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波(经时间相似常数4.47压缩)时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的(潜在)滑动面。     

地基基础与建筑场地类别划分

基于与建筑地基震害密切相关的地基土性状及基础条件,讨论了岩土工程勘察设计工作中关于场地土和建筑场地类别划分的主要依据,提出了对我国现行《建筑抗震设计规范(GB50011 2001)》进行基础埋深、覆盖层厚度和复合地基的地基土性状的修正, 并经场地土层地震反应分析论述了进一步划分建筑场地类别的必要性和可能性。以北京的2个典型工程场地为代表,分别讨论了基础埋深和覆盖层厚度对建筑场地类别划分的影响,并通过场地土层地震反应分析,得到自然地面上、基础埋深处土层的反应谱,同时也计算了在考虑或不考虑低速粘性土夹层情况下对土层地震反应结果的影响程度。最后,根据综合峰值加速度、加速度反应谱最大值的对比结果认为对原有的建筑场地类别划分方法有必要进行修正。     

青藏工程走廊冻土场地地震动特征初步分析

在分析青藏工程走廊冻土波速基本特征基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,考虑不同超越概率的人造地震荷载作用,对青藏高原多年冻土场地地震动特征进行分析。冻土场地地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,分别对不同冻土场地条件地震动特征进行分析,明确了活动层厚度、融冻状态及冻土层厚度等因素对冻土场地的加速度放大效应、地基土应变及反应谱特征周期变化特征。研究结果表明,尽管地表峰值加速度放大系数随活动层厚度增加而增加,然而活动层土体厚度及状态的变化不足以改变场地的固有特性,对场地特征周期影响不明显。场地的固有特性随着冻土层厚度的变化而发生变化,冻土层厚度对地震动放大效应的抑制作用随着输入地震荷载的增大越为明显。冻土层厚度对场地特征周期值影响较大,场地特征周期随着冻土层厚度增加呈对数增大趋势。     

汶川地震震损水库土坝动力反应与几何坝形的经验关系

在5·12汶川地震后的四川省水库土坝震害调查成果的基础上,选取汶川地震中受损的有完整资料的96座水库土坝为研究对象,应用等效线性模型对土坝进行了二维动力反应分析。选择3条有代表性的汶川地震实测记录,以三水准峰值加速度输入,得到土坝的动力反应(放大系数、最大动剪应力)与土坝几何形状(宽高比、上游坡比、坝高)间的经验关系。结果表明,土坝放大系数和最大动剪应力随着宽高比和上游坡比的增大而减小,随着坝高的增大而增大;输入波的频谱和峰值强度均对土坝动力反应与其几何形状的经验关系有重要影响。     

土层地震反应分析的地面加速度峰值计算研究

针对不同的工程场地采用20组相互独立的基岩加速度时程作为输入地震波,对广东省307个项目的地震安全性评价中的662个地震钻孔剖面进行土层地震反应分析,用相对均方误差来定量评估所得到的地面加速度峰值离散值,发现地面加速度峰值的计算结果具有很大的离散性,最大相对均方误差为19%,平均相对均方误差为7.53%;地震基本烈度高的地区比地震基本烈度低的地区的相对均方误差大,场地类别差的比场地类别好的相对均方误差大;目前较为普遍地用1条或3条基岩加速度时程作为地震动输入是明显不够的,应适当地增加,对于高烈度地区和场地类别较差的场地更是如此,才能得到较为合理的地面加速度峰值。