地震荷载作用下风积土震陷变形试验研究

为研究地震荷载作用诱发的场地土震陷问题,以辽西地区风积土为研究对象,进行了50年超越概率2%和10%的人工地震荷载及等幅正弦荷载作用下风积土的震陷试验,建立了风积土震陷系数经验公式;依据分层总和法预测了人工地震荷载作用下风积土场地震陷量,并对其震陷性进行了评价。研究结果表明,震陷系数随动应力幅值、试件含水量和孔隙比的增加而增大,其中动应力幅值对震陷系数的贡献最大,其次为含水量和孔隙比。震陷评价结果表明,若计算深度为20m,场地可判别为中等震陷区;若计算深度为15 m,场地属轻微破坏区。以上研究成果为辽西地区风积土地基的抗震防震设计提供了参考依据,具有一定的的工程应用价值。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

土体约束特性对地下结构地震反应的影响研究

针对土体对地下结构的约束效应,从相对刚度、相对埋深和土与结构界面接触特性三个方面"研究土体约束特性对地下结构地震反应的影响规律。以大开地铁车站单层段为研究对象,以中柱层间位移角为结构地震反应评价指标,利用ABAQUS有限元软件建立二维整体时域动力有限元模型选取8种相对刚度工况、4种相对埋深工况和4个界面接触特性工况,分析地震动峰值加速度时刻地下结构的地震反应规律,结果表明:受土体约束特性的影响,相对刚度和相对埋深均存在一个抗震最不利范围在该范围内,地下结构地震反应最大;当接触界面摩擦系数f < tanp时,随摩擦系数的增大,地下结构地震反应增大;当摩擦系数f ≥ tanp时,摩擦系数的改变对地下结构地震反应影响很小。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

日本阪神地震中大开地铁车站地震破坏机理分析

基于ABAQUS有限元软件,对日本神户大开地铁车站在阪神地震中的地震反应进行了数值模拟研究。采用能合理反映剪胀及应变软化特性的统一硬化本构模型来模拟土体的力学行为,同时应用塑性损伤模型描述了混凝土的力学特性,建立了大开地铁车站的三维数值计算模型。首先研究并对比了水平地震动单独作用,以及水平与竖向地震动共同作用下大开车站结构与围岩土体的地震反应,进而探讨了浅埋地下结构的地震破坏机理。数值结果表明:在强震作用下浅埋结构的上覆土体首先剪切破坏,进而丧失抗剪能力;上覆土体丧失抗剪能力后,在竖向地震作用下,其惯性力作用于车站结构顶板,该惯性力与侧壁土体引起剪切荷载的耦合作用使车站结构的中柱压剪破坏,继而结构顶板折断,最后结构整体倒塌。     

厚软场地的地震动特征及设计反应谱研究

根据场地土层静、动力性能参数的原位测试和动三轴试验结果,进行厚软场地土层地震反应分析,研究厚软场地的地震动效应及地震动特性,并结合工程实例讨论了对应不同地震设防水平(50年超越概率63%、10%和3%)厚软场地的设计反应谱,分析了现行规范设计反应谱应用的局限性,成果对相关工程也有借鉴作用。     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明:地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

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。     

海底管线周围海床瞬时液化的数值分析

地震荷载作用下,海床液化是海底管线失稳的主要原因之一。本文采用Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型,基于饱和多孔介质的Biot动力固结方程,进行了有效应力分析;利用大型有限元计算软件ADINA,计算得到了海底管线周围海床土体中的超孔隙水压力及其变化规律,并在此基础上进行了瞬时液化分析。在数值计算的过程中,引入粘弹性人工边界的方法模拟地震波由有限域到无限域的传播,从而更为实际地反映了在地震作用下,海底管线周围土体的动力响应问题。     

汶川地震中远场深覆盖土层动力反应分析

对上海余山地震台在汶川地震中测得的基岩波地震记录进行频谱特性分析,然后以同济大学教学科研综合楼场地土层为研究对象,应用水平成层土层地震反应的一维有限元方法,分析该深覆盖场地在这一实测地震记录作用下的动力反应,并将其与同济大学强震监测台在汶川地震中获得的地表波记录进行对比.结果表明:汶川地震的远场地震动记录中,基岩波的长...     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

双向地震作用对台阶型加筋边坡动力响应的影响

以我国西南部一实际工程为背景,分析了双向地震作用下台阶型加筋边坡的动力响应特点及规律。利用经过验证的PLAXIS有限元分析方法,首先在不同地震强度下,对比了水平及双向地震分别作用后加筋边坡的动力响应,然后研究了竖向地震的影响。结果表明,地震作用下,填土的塑性变形呈弥散型分布,随着竖向地震分量的增大,加筋土体横向变形增大,筋材内力提高,同时,竖向地震的震动压实作用使土体侧向围压提高,土体发生硬化,刚度增加,坡面横向位移减小;随着竖向地震分量进一步增大,土体硬化改变了边坡自振特性,在本研究地震激励下,加筋土体动力响应加剧,上坡有发生整体剪切破坏的趋势,并向外偏转,坡面横向位移增大。竖向地震对边坡动力响应的影响随地震强度的增大变得明显。     

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。     

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。     

场地地震反应分析研究现状及展望∗

场地条件对结构震害的影响已成公认的事实,如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问题之一,而在场地地震反应分析中确定地震动输入至关重要。针对场地条件和地震动输入对场地地震反应的具体影响、场地地震反应分析方法等方面的研究现状进行了系统总结。已有研究表明,场地条件和地震动输入对场地地震反应分析结果有显著影响。但目前仍存在的问题有:在冻土区进行场地地震反应分析时未充分考虑冻土层的影响效应;缺乏合理的地震动模型来准确描述实际地震动;尚未明确地震波入射角度对场地地震反应的影响规律;目前广泛使用的等效线性化方法不能完全反应土体在地震动作用下的真实运动状态而使其计算结果不尽合理。结合以上问题对还需进一步研究的内容进行了展望,为场地地震反应分析未来的研究工作提供参考。     

基于一致危险性谱的砌体结构抗震性能分析∗

地震危险性分析和地震动选择对结构抗震设计具有重要作用。一致危险性谱作为概率地震危险性分析的重要结果,通常会被用来做目标谱以选择地震动记录。为改善概率地震危险性分析对震源传播特性考虑的不足,基于随机有限断层模拟与概率地震危险性分析相结合的方法,充分考虑震源机制、传播路径和场地放大效应的影响, 结合目标场地条件对历史地震进行模拟,生成了同一超越概率下的一致危险性谱。分别以一致危险性谱和规范谱为目标谱,各选择 7 条地震波,对一典型砌体结构进行动力时程分析。结果表明：以不同目标谱选择地震动对结构的动力响应差别较大,合理选择目标谱是十分有必要的;一致危险性谱在短周期内谱值较高,以其为目标谱使得短周期结构动力响应较大,可为结构抗震设计提供参考。     

基于遗传算法的长周期地震动加速度反应谱的拟合

目前,规范设计反应谱因长周期段幅值偏小,衰减形式单一,并不能很好地反应长周期地震动特性,因此采用合理的设计反应谱模型来反应长周期地震动反应谱有着重要意义。为解决这一问题,本文以1999年台湾集集地震中长周期地震动为例,首先,对其按地面加速度、场地类别和抗震设计分组进行分组,并将其与规范设计反应谱进行对比分析;其次,基于长周期加速度反应谱的特点提出了一种适用于长周期地震动的设计反应谱,并对比了其与常规设计反应谱的优劣。研究表明:本文提出的长周期设计反应谱具有更好的适用性;采用遗传算法对长周期地震动反应谱逐一进行拟合并给出相应的谱参数建议取值,并利用2008年汶川地震渭河盆地收集到的长周期地震动验证了谱参数建议取值的合理性,为规范设计反应谱的修订提供了参考。     

近断层地震作用下考虑P-Δ效应的混凝土结构响应分析*

近断层地震动具有更大的水平地震和竖向地震作用,从而改变结构的p-Δ效应。首先,利用537组近断层地震动,统计分析了近断层地震动的反应谱特性和竖向与水平向加速度峰值比,考察了近断层地震动的特性。其次,分别对近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动和远断层地震动作用下混凝土结构的弹塑性反应进行了计算,分析了p-Δ效应的影响规律。最后,同时输入竖向和水平向地震动,考虑竖向地震动对结构p-Δ效应的影响。结果表明:近断层地震动有较大的水平向和竖向反应谱值,在近断层区域,将竖向地震动作用简单的按照现行规范中的取水平地震作用的2/3进行考虑是偏于不安全的;加速度峰值一致的前提下,结构在近断层脉冲地震作用下具有较大的响应,但p-Δ效应对结构的响应影响不明显,幅度大多未超过10%;由于地震动的随机性及复杂性,竖向地震动引起的惯性力不一定会增大结构的反应,也有可能会减小结构的反应。     

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。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为:足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。