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。     

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。     

北京地区波速测试误差分布特征及其对PGA影响评价

开展了北京地区波速测试误差专项实验,并研究了其对PGA的影响,得到了如下结论:北京地区波速测试误差符合标准正态分布,场地整体的测试误差保持在同一水平,误差标准差可以定为12%;北京地区波速测试误差略小于全国的平均水平,其中II类场地的测试精度较高,误差较小,III类场地的测试误差基本持平;误差越大对PGA影响越显著,定性计算工况中,0.5倍标准差的测试误差引起的PGA变化均小于20%,某些工况下,1倍标准差的测试误差可能引起PGA变化超过50%,2倍标准差的测试误差可能引起PGA变化率超过70%;输入波的频率成分与场地固有频率相近时,PGA所受影响更加明显。     

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.     

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。     

基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研究

软土场地地震反应计算分析方法是公认难题。以日本KiK-net强震观测台网中所有软土场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法SHAKE2000、时域非线性方法DEEPSOIL和频率一致等效线性化方法SOILQUAKE三者在软土场地地震反应分析计算中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05 g的所有水平软土场地的总计309台次的加速度记录,涉及24个台站,土层厚度28 m～240 m,地表峰值加速度范围0.050 g～0.580 g。对比结果表明:烈度6度和7度偏下(地表PGA在0.12 g以下)的较弱地震动下,对三类、四类和巨厚场地,SOILQUAKE、SHAKE2000和DEEPSOIL三个方法计算结果相差不大,与实际记录较为接近,皆可采用;烈度7度中上以上(地表PGA在0.12 g以上)的较强地震动下,无论是三类、四类和巨厚场地,DEEPSOIL和SHAKE2000计算出的地表PGA和反应谱较实际记录偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大,甚至小于井下输入,而SOILQUAKE计算出结果与实际记录基本相当,可体现出软土场地放大作用,也证明了频率一致等效线性化方法的有效性。     

场地软土夹层对桥梁结构相互作用体系动力响应影响参数化分析

为探讨场地软土夹层对桥梁结构动力响应特性的影响效应,通过建立桥梁结构一地基基础相互作用体系动力参数化数值分析模型,采用Newmark逐步积分方法求解材料非线性的动力平衡方程,针对水平地震力作用下桥梁结构一地基完全相互作用体系进行动力响应时程参数化分析,研究了软土夹层深度范围和厚度变化对场地滤波作用、桥台、中桩和边桩受力变形的影响规律,计算结果表明:场地软土层深度减小或厚度变薄,加速度反应谱曲线双峰特征、滤波放大效应和边桩、中桩弯矩极值沿深度S型变化特征越明显,可为相关工程设计与实践提供指导和参考作用。     

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。     

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。     

SV波入射下斜坡地形对上覆土层地震动放大的影响研究∗

针对上覆土层斜坡场,利用显式有限元方法,定量分析 SV 波入射下地震动的放大与斜坡角度、覆盖层的厚度以及覆盖层与下卧基岩阻抗比的关系。研究表明,当斜坡角度大于 60°、覆盖土层厚度大于 1/4 斜坡高度时,在离坡顶点两倍斜坡高度以内,存在一个较一维土层明显的放大区域。在这一区域内,放大倍数最大值位于坡顶点,放大倍数随斜坡角度和土层厚度的增加而增大,随到坡顶点距离的增大和土层与基岩阻抗比的增大而减少。当土层与基岩阻抗比较低时,最大放大倍数可达一维土层的 2.3 倍。在这一区域内,斜坡地形土层基本频率约为一维土层的 0.8~0.95 倍。当斜坡角度＜45°或覆盖层厚度小于斜坡高度的 1/4 时,斜坡对一维土层放大的影响显著下降。还利用最小二乘法和数值模拟结果拟合了显著放大区域的放大倍数与斜坡角度、覆盖层的厚度以及阻抗比的简单估计关系式。结果可为上覆土层的斜坡场地地震动参数的选择提供一定的参考。     

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。     

柴达木盆地雅丹地区场地特征及铁路路基施工影响

基于对青海省地方铁路鱼卡(红柳)至一里坪铁路通过的雅丹地貌分布区的现场调查,将该区域雅丹按形态及沉积特征进行了分类。利用高密度面波勘探,得到了铁路通过该雅丹密集分布区典型工程场地的浅层(0~30m)地下结构分布,综合考虑剪切波速和覆盖层厚度分布测试结果,该区域场地的建筑场地类别为II类场地。进而通过对该场地的主要铁路路基施工方式的现场强震动测试,得到了路基碾压施工的振(震)动加速度衰减规律以及路基碾压施工对雅丹影响的安全避让距离为距离震源33m。     

SV波垂直入射盆山耦合场地对地面运动的影响∗

基于多次透射边界和有限元数值模拟方法,研究了 SV 波垂直入射下,山体高度、盆地深度、以及山体与盆地剪切波速变化对盆山耦合场地位移峰值放大系数、位移频谱及谱比的影响。结果表明：(1)盆地与山体均对地震波有放大作用,从坡底到坡顶位移放大效用逐渐增大,从盆地外边缘到盆地中心位移放大效应逐渐增大,但盆地内放大系数分布特征受盆地深宽比的强烈影响。(2)山体测点位移峰值放大系数 AF 随山体高度增大而增大;山体的存在减弱了盆地的地表地震动放大效应,导致盆地远离山体一侧的放大更强烈,反之亦然。(3)随盆地波速的减小或山体波速的增大,盆地 AF 最大值增大,且最大 AF 出现的位置向远离山体一侧偏移,而山体各测点的 AF 值受此影响较小。(4)山顶处谱比峰值主要受山高、盆地深度及盆地波速影响,但最大放大频率及分布特征基本不变;山体波速对山顶处谱比分布影响显著。盆地中点处谱比受各参数影响均较显著,但规律较复杂。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。     

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。     

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。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

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。     

层状场地中任意形状沉积河谷对平面SH波的散射

利用间接边界元方法在频域内求解了层状场地中任意形状沉积河谷对平面SH波的散射;利用土层的精确动力刚度矩阵求解了应力和位移的动力Green函数;结合间接边界元法,研究了沉积河谷宽度、厚度、入射角、入射频率等对地表位移幅值的影响,并与按一维场地模型计算的结果进行了比较。研究表明,沉积河谷有明显的二维散射效应,与一维模型的计算结果差别显著。在工程场地地震安全性评价中,应合理考虑沉积河谷对场地设计地震动参数确定的影响。     

单轴压缩土样剪切带上主应变轴偏转角的分布及规律统计北大核心CSCD

根据土样纵向应变较高时最大剪切应变场中清晰剪切带所处位置沿剪切带方向布置平直测线,获得6条测线上从剪切带萌生至微裂纹刚出现过程中主应变轴偏转角的分布及演变规律,并对其进行了统计。研究发现：当微裂纹刚出现时,测线上主应变轴偏转角的高峰和低谷对应于2条共轭剪切带的交汇处附近或剪切带上最大剪切应变的局部高值区附近;在土样中部,剪切带上主应变轴偏转角主要分布在-5°-5°;随着纵向应变的增加,剪切带上主应变轴偏转角的标准差先降低,后趋于稳定;对于发生顺时针剪切的剪切带,主应变轴偏转角的均值主要为负值,而对于发生逆时针剪切的剪切带,主应变轴偏转角的均值以正值为主。