可液化场地减震结构体系地震动特性影响效应研究∗

工程结构的地震响应规律与地震动特性紧密相关。为了研究地震动特性对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系地震响应和黏滞阻尼器减震效果的影响,选取24 条不同特性的地震动作为输入,针对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系数值模型进行非线性时程分析。结果表明：相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下,液化场地减震结构体系具有更大的地震响应;近场脉冲地震动作用下,速度型黏滞阻尼器的减震效果得到了充分发挥;相同振幅下,地震动峰值速度(PGV)与液化场地减震结构体系地震响应的相关性最为显著,可作为评价液化场地减震结构体系地震响应的主要指标。研究结果对液化场地黏滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。     

深厚沉积层对地震动持时影响的初步分析∗

基于 NGA‐West2 和 NIED 数据库,以地震动 70% 重要持时和 90% 重要持时为研究对象。利用获取的 9 361 组强震记录,采用随机效应回归和残差分析的方法,对典型持时预测模型进行改进,并探究了深厚沉积层对地震动重要持时的影响规律。结果表明：（1）场地沉积层厚度对地震动持时有显著影响,随着沉积层厚度的增大,地震动持时呈现出对数线性增长的趋势;（2）地震动持时的沉积层厚度效应与地震动强度具有相关性。重要持时随 Z_2.5的对数线性变化系数随地震动强度的增大而减小;（3）地震动持时分别随着震级和断层距的增大而增大,随着 V_S30的增大而减小;（4）在强震、远场以及软弱场地条件下,深厚沉积层对地震动持时的放大作用越显著。在高层结构的抗震设计时,考虑深厚沉积层场地对地震动持时的影响是有必要的。     

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。     

北川县城土层特性对地震动的影响

作为场地条件之一的土层特性(土层结构、土动力参数)对地表地震动参数的影响研究是一项具有重要理论和工程应用意义的研究课题。选择汶川地震强震区典型的钻孔资料和强震记录,以北川县城地勘标准孔和安县塔水波为基础,运用土层等效线性化程序计算了140个工程场地计算剖面,定量分析了土层特性改变对反应谱αmax、Tg及地震影响系数差△α影响的特点及规律。     

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。     

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。     

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。     

地震动关键特性对隔震连续梁桥碰撞响应的影响

为考虑地震动特性对隔震连续梁桥顺桥向主梁与桥台碰撞响应的影响,以某三跨混凝土隔震连续梁桥为例,基于ABAQUS建立了考虑混凝土材料损伤及三维接触碰撞的有限元模型。采用12条典型地震动输入,分析了不考虑碰撞时地震动峰值加速度与峰值速度的比值(PGA/PGV)对主梁顺桥向最大位移的影响;并进一步分析了考虑碰撞效应时PGA/PGV对主梁碰撞响应的影响;在此基础上,以一条典型地震动为例,分析了地震动峰值加速度对碰撞响应的影响。结果表明,当不考虑碰撞效应时,主梁顺桥向最大位移随着PGA/PGV的增大而呈现减小趋势;考虑碰撞时,碰撞次数和最大碰撞力的变化具有一定的相似性,但随PGA/PGV的变化并不明显。随着伸缩缝间隙的不同,最大碰撞力随着峰值加速度的增加既可能表现出线性增加的特征,也可能表现出较大波动。     

地下隧道对地震动加速度峰值及反应谱的影响

基于剑桥大学工程系所完成的含隧道密实砂场地动力离心模型试验基础数据,利用模型内部设置微型加速度传感器,由弱至强逐级加载四组伪谐波作为基底输入,模拟并获取了在80 g重力场环境下隧道列及自由场列在不同深度处的动力反应和加速度记录,通过对比隧道列及自由场列相关地震动参数的差异,表明由于隧道的存在,峰值加速度放大系数从基底到地表都呈现出先衰减后放大的趋势,自由场列地表处的峰值加速度放大系数处于1.042～1.072之间,而隧道列地表处放大系数处于1.009～1.024之间;加速度反应谱峰值方面,地震波输入越强烈,其峰值相对应周期朝着短周期方向移动;对比两列地震动加速度反应谱峰值随深度变化曲线,发现自由场列从基底到地表呈现逐渐增大的趋势,而隧道列呈现先减小后增大的趋势。     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明:地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析

选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,系统考察了近断层地震动破裂方向性、上盘效应、脉冲效应等运动特征对双线性单自由度体系、长周期隔震建筑和斜拉桥结构地震响应的影响。计算结果表明,脉冲型地震动对结构的效应随双线性单自由度体系的初始自振周期增大而变大,在长周期段结构的脉冲效应最显著;地震动破裂方向性和上盘效应对单自由度体系位移需求的影响与体系周期有关。对于隔震建筑和大跨度斜拉桥等长周期结构,近断层地震动破裂方向性对结构的效应较显著;上盘效应对长周期结构的影响明显;地震动的速度脉冲运动特征总的来说放大了结构响应。     

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。     

基于汶川8.0级强震记录的近场地震动特征分析

在汶川8.0级大地震中,国家数字强震动台网布设在龙门山断裂带及其周围地区的50多个台站获得了大于100 Gal的加速度记录。选取其中断层附近11个台站的加速度记录,分别进行了地震反应谱分析和基于正交化HHT法的能量分布特征分析,通过对竖向与水平向加速度峰值比、竖向与水平向加速度反应谱比值,以及能量分布和峰值系数的分析与比较,探讨了汶川地震的近场地震动特征。     

远场类谐和地震波加速度反应谱的双峰特征分析

远场类谐和地震波作为一种特殊的长周期地震波,其加速度反应谱具有显著区别于其他类型地震波的双峰特征,本研究对其产生原因进行分析。首先,分析了集集地震和汶川地震中部分典型的远场类谐和地震动的运动特征;然后,基于希尔伯特?黄变换时频域分析方法及等效简化法,分析了远场类谐和地震波时域特征对其加速度反应谱双峰特征的影响规律。结果表明,所选远场类谐和地震波加速度反应谱长周期段的峰值与高频段的峰值比 (峰值比系数 α)较大,对该地区内基本自振周期为 5~7 s 的高层结构影响显著;当远场类谐和地震波存在脉冲周期和脉冲幅值较大的类谐和脉冲时,其加速度反应谱表现出明显的双峰特征。     

参数对地震动随机模拟结果的影响分析*

随机有限断层法是模拟近场高频地震动常用的方法,且被国内外研究者证实是成功的且有效的模拟高频地震动的工具。由于随机有限断层模拟方法输入参数较多,造成对模拟结果的不确定因素也相应较多,因此在使用随机有限断层法时如何合理地确定输入参数则成为研究者需要考虑的首要问题,也是成功重建场点加速度纪录的关键环节。简要地介绍了地震动模拟的基本理论、流程和主要参数的意义,在国内外研究者的研究成果基础上以芦山 M_w6.6 地震为例重点分析了地震动持时对峰值加速度(PGA)、5% 阻尼比加速度反应谱(PSA)和加速度傅里叶谱(FAS)模拟结果的影响。主要得出以下结论：(1)在特定震级下,持时模型对峰值加速度影响较大,特别是断层距越小时,这种影响作用越明显;(2)通过四种持时模型得到的傅里叶谱和反应谱以及模型偏差分析可知,根据记录 90% 有效持时拟合其与震中距得到的持时模型表现较好。最后分析了脉冲百分比和断层上缘埋深等参数对模拟反应谱的影响,结果显示：(1)在相同震级下,反应谱幅值随脉冲百分比的变化差异不大;(2)在断层方位尺寸给定的前提下,反应谱幅值随上缘埋深的增加而减小。这些结论可以为随机有限断层模拟方法的工程实际应用时更合理地挑选参数提供理论依据,也可以相应的提高模拟精度。     

苏州深厚场地等效剪切波速与计算深度分析

剪切波速是表征土体动力特性的重要参数,通常抗震规范将其作为场地分类的主要指标,但不同规范选取的计算深度有所差异。基于苏州研究区446个钻孔的波速实测资料,统计分析了相对于计算深度20m和30m的等效剪切波速v_(s,20)和v_(s,30)的相关性;依据中国规范、欧盟规范和美国规范给出的场地分类标准,比较了不同抗震规范下苏州研究区场地分类空间分布特征。结果表明:苏州研究区场地的vs,20和vs,30之间存在良好的线性关系,其线性回归分析的决定系数R~2为0.888;中国规范和欧美规范给出的场地分类空间分布的差异性明显,中国规范的Ⅱ类场地分布于研究区西部局部区域、Ⅲ类场地分布于整个研究区、Ⅳ类场地呈零星分布;欧盟规范的CEU类和美国规范的DUS类场地分布于整个研究区,而欧盟规范的DEU类和美国规范的EUS类场地主要分布于与东西向呈23°夹角的一个狭长区带内。     

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。     

人工神经网络在预测深基坑周边地表沉降变形中的应用研究

深基坑开挖引起的周边地表变形预测是一个复杂非线性问题,引起地表沉降的影响因素很多,各因素之间呈高度的非线性关系。传统的基坑用边地表沉降变形预测方法存在着一定的局限性,其预测精度有待提高,而人工神经网络是一种多元非线性动力学系统,可以灵活方便地对多成因的复杂未知系统进行高度建模,实现全面考虑各种主要影响因素的深基坑周边地表沉降变形预测。本文介绍了误差反向传播(BP)网络模型的结构、学习过程及其算法的改进,径向基函数(RBF)网络模型的结构及其学习过程;分析了影响深基坑开挖周边土体沉降变形的主要影响因素;以25个基坑工程的地表沉降实测资料为训练样本,建立了11个输入影响因素的BP神经网络模型和RBF神经网络模型,通过对样本的学习训练过程及对5个检验样本的预测精度,说明了人工神经网络用于预测基坑周边地表沉降的可行性和准确性。