基于BCV模型与我国规范对中美场地类别的研究∗

场地类别是重要的工程参数,由于中国与欧美国家的场地类别划分存在很大不同,但中美场地类别对应关系又有一定的交叉现象。通过对比中美规范,提出我国场地类别换算V_(S30)的核心是需要"我国规范定义的计算深度到30 m之间沿深度的土层剪切波速分布模型"。然后根据目前已有钻孔深度小于30 m的V_(S30)换算公式,选择BCV模型为需要模型,并依据我国场地类别定义及参考实际工程钻孔资料,确定模型参数取值。最后,利用BCV模型得到更广义的与我国各场地类别相应的V_(S30)以及美国场地类别的对应关系。研究结果表明,我国各场地类别与相邻场地类别之间,其V_(S30)范围均出现严重的交叉、重叠现象。"在我国规范定义的计算深度到30 m,剪切波速大于500m/s的岩层不参与我国场地类别定义,但参与V_(S30)计算"与"等效剪切波速小且薄的覆盖土层会对V_(S30)范围造成大的影响"的双重影响,导致我国与以美国为代表的欧美国家关于场地类别的对应关系极为薄弱。     

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。     

场地剪切波速对核电厂结构地震响应的影响∗

利用土—结相互作用的ACS SASSI动力分析程序,对某核电厂厂房建立三维有限元模型并进行地震响应计算,与简化的集中质量杆模型的地震响应对比分析,得到在水平方向上二者的振动特征相似,但三维有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,尤其是竖向的局部模态.在场地剪切波速400～2400 m/s时,选取9种不同剪切速值,用ACS SASSI程序进行不同场地条件下核电厂房结构地震响应计算分析.结果 表明,随着场地剪切波速的增大,结构响应的卓越频谱成分有向高频移动的趋势;在低频部分,剪切波速较小的场地上结构地震响应较大;在高频部分,场地剪切波速较大的结构地震响应较大;对于非基岩场地的厂址,需要重视结构的低频反应.在一定的剪切波速范围内,结构响应的峰值加速度和反应谱的峰值均随着场地剪切波速的增大而增大,而峰值加速度对于剪切波速小的场地更为敏感.     

土层特性变异性对场地传递函数的影响

选取日本Kik-Net强震数据库中软(FKSH14)、硬(FKSH12)两类场地,建立场地概率模型。应用Monte Carlo技术随机生成50组场地剖面,分别计算场地的传递函数STF及STF标准差,讨论场地土层厚度、剪切波速,以及两者组合工况对场地传递函数的标准差的影响。结果显示:对于硬土场地,场地特征频率标准差相对于软土场地较大,且剪切波速变异性的影响略大于土层厚度变异性的,两者组合工况的影响最大;而对于软土场地,土层厚度、剪切波速变化工况下,场地特征频率的标准差相当,略低于两者组合工况;对于软、硬两类场地,土层厚度与剪切波速两者组合工况下的STF标准差略大于单一量变化工况,但3种工况下的场地STF标准差相差不明显;场地STF标准差在场地自振频率附近的频率段取值较大,极值点与场地STF的极值点相对应;基于实际地震记录的场地传递函数标准差高于模拟的结果,但是两者极值点对应的频率范围吻合。     

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。     

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。     

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。     

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。     

典型场地地震波输入界面的选取

为研究输入界面确定对典型场地地震动参数特性的影响,以一个典型场地为例,利用一维等效线性化方法,计算了输入界面选择在软弱夹层土上下不同位置的地表加速度反应谱;并将地表反应谱用2010规范谱形式拟合成场地相关标准谱;分析了输入界面选择在软弱夹层上下不同位置对地震动参数特性的影响,同时比较了标准谱和2010规范谱。结果认为:输入界面应该选择在软弱夹层以下钻孔揭示的波速最大的土层顶面,现场钻探应该贯穿软弱夹层及硬夹层,达到稳定的坚硬土层。     

输入基底对深厚土层地震反应影响分析

对于孔深达到100m,但剪切波速低于500m/s的深厚土层,首先论述了计算其地震反应时输入基底的常用处理方法,然后基于理论分析和工程实例,建立了3个输入基底(线性外推、软弱夹层假定、坚硬基底)模型,结合土层非线性试验数据,使用一维等效线性化程序计算了不同强度地震作用下各模型的反应。对地表加速度峰值和反应谱进行了对比分析,指出坚硬基底模型建模简单,结果偏安全,适于工程应用。最后,通过多个基底波速值对地表反应影响的敏感性分析,提出了坚硬基底剪切波速的合理取值为相邻土层波速值的1.3~1.4倍,且不低于500m/s。     

考虑SSI效应的基础隔震框架结构抗震性态水平分析∗

目前针对于基础隔震结构的性态水平研究往往基于刚性地基假设,未考虑 SSI 效应对结构损伤的影响。因此,为研究柔性地基上小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平,本文以拟建结构为背景,利用 ABAQUS 有限元软件建立该小高宽比基础隔震结构建筑物的有限元计算模型,依据相关规范规定,选取 El?Centro 波、Kobe 波和卧龙波,通过改变土体等效剪切波速设计扩展出 5 种场地,分析了地震动特性、场地条件以及输入地震动加速度峰值对该结构地震反应的影响规律,对该结构的损伤程度进行了统计分析。结果表明：柔性地基上随结构?土体相对刚度比的增大,基础隔震结构的上部结构损伤和隔震层损伤均增大,且上部结构的损伤明显滞后于隔震支座损伤,IV 场地在同等条件下损伤最严重;中长周期地震波对于隔震结构损伤影响较大;选取了层间位移角、隔震层位移作为抗震性态水平的量化指标,基于计算结果,本文初步给出了两类指标与结构?土体相对刚度比的预测公式,提出了不同类别场地下小高宽比基础隔震结构的抗震性态水平划分及其破坏程度的物理描述。     

唐山地震高烈度区Vs30经验估计研究∗

以唐山地震高烈度区场地条件为背景,选取并整理其中 701 个实际钻孔的剪切波速测试资料,分别计算国际上较普遍采用的场地分类指标 V_se和 V_s30,初步建立了适用于唐山地区 V_se与 V_s30的对应关系,利用 Boore 提出的速度梯度外推法,回归得到了唐山地区 V_s30的经验模型与拟合参数,并与四个地区(北京、新疆乌鲁木齐、加利福尼亚、 日本 KiK-net)的经验公式进行了对比。结果表明,场地分类指标 V_se和 V_s30之间具有强相关性,不同地区数据回归得到的经验公式能够得到很好的预测结果,也能对场地类别相近地区的剪切波速模型预测提供参考。     

隧道纵向抗震分析的反应加速度方法∗

为研究隧道纵向地震响应,首先将隧道结构的动力问题简化为地震变形场作用下的土?隧道拟静力相互作用问题,推导了土?隧道拟静力相互作用模型的反应加速度方法。针对规范提供的纵向位移模式,给出相应反应加速度方法的等效惯性力公式及模型边界条件,最终建立基于规范位移模式的隧道纵向反应加速度方法。在与整体式反应位移方法对比验证的基础上,开展不同场地条件及不同隧道埋深下的隧道纵向响应规律研究。数值模拟结果表明：(1)当场地条件和埋深相同时,隧道弯矩随场地水平位移的增加而增加,而剪力、扭矩具有相反的变化规律; (2)场地条件对隧道纵向响应的影响较大,场地越软,隧道剪力越小,而弯矩和扭矩越大;(3)在 50 m 覆盖土层厚度内,随隧道埋深的增加,隧道剪力、弯矩逐渐减小,而扭矩基本保持不变。     

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。     

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。     

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。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。     

盾构隧道横断面反应位移法在ABAQUS软件中的开发及工程应用

依据现行规范中的反应位移法计算框架,利用通用有限元软件ABAQUS的二次开发接口,研发了针对盾构隧道横断面反应位移法的高效自动化计算软件ARCS(ABAQUS-Response deformation method of Crosssection System,简称ARCS)。该计算软件调用自行编制的一维地层地震响应等效线性分析程序,计算场地非线性地震响应;然后建立隧道横断面有限元模型,将地层相对位移、结构惯性力和结构与周围土层剪力等信息赋予模型并提交计算,完成后输出结构内力图,实现了整个流程的一体化及自动化操作。文中给出了Python语言与Fortran语言在ABAQUS环境下联合开发、ABAQUS中非线性弹簧自动定义、ABAQUS直接输出隧道结构内力图等问题的解决方法。结合某地铁盾构隧道典型横断面,对软件性能进行了验证,结果表明：该计算软件能够准确高效进行反应位移法模型求解。该软件有利于提高反应位移法的实际应用效率,对ABAQUS二次开发应用也具有一定参考价值。     

工程场地基岩设计谱反演方法

地表设计谱可以直接由抗震设计规范确定,而基岩设计谱主要通过专门的地震危险性分析获得。地震危险性分析方法会受到潜在震源区划分、地震活动性参数、基岩地震动衰减关系等诸多环节的影响,且该方法未考虑基岩上覆场地的场地条件,由此获得的基岩设计谱与规范确定的地表设计谱常常并不协调。本文针对基岩设计谱确定困难这一问题,提出了工程场地基岩设计谱反演的一个方法。基于一维层状场地波动理论,利用等效线性化法考虑场地土的非线性,通过地表设计谱反演得到基岩设计谱。土层等效剪应变取各样本等效剪应变的平均值。该方法得到的基岩设计谱符合上覆场地的非线性动力特性,具有一定的工程应用价值。     

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。