基于蒙特卡洛方法的剪切波速误差影响分析

场地土层剪切波速测试不可避免会存在误差,误差达30%左右。目前,在对剪切波速误差对土层地震反应计算影响的研究中,设计波速误差或者设计土层模型的方式偏于理想化。为更接近现实情况,本文基于实测土层模型,用蒙特卡洛方法研究剪切波速误差对土层地震反应计算结果的影响。本文搜集并建立了均匀分布在山东地区的132个场地计算模型,涵盖了山东境内分布广泛的Ⅱ类场地和Ⅲ类场地。根据蒙特卡洛随机模拟原理,对每一场地计算模型,在实测剪切波速值30%的偏差范围内随机生成100组剪切波速值,分别进行土层地震反应计算,分析反应谱值、反应谱平台值和特征周期的变化。研究表明,30%以内的随机波速误差会导致某些周期处的反应谱的变化达30%以上,其对反应谱平台值最大的影响大多在10%~50%之间,对Ⅱ类场地特征周期的最大影响大多在0~50%之间,对Ⅲ类场地特征周期的最大影响大多在20%~90%之间。     

输入界面对反应谱特征周期的影响

为了研究输入界面对反应谱特征周期的影响,在研究我国数百个工程场地钻孔资料的基础上,选取了5个有代表性的土层剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析方法(一维等效线性化波动方法),计算了这些场地在6种不同强度地震动时程输入下的反应谱特征周期。结果表明,当覆盖土层厚度薄时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而减小;当覆盖土层厚度一般时,特征周期随输入界面剪切波速的增大没有一定的规律;当覆盖土层厚度很厚时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而增大,特别是输入地震强度较大时,增速较快;改变基岩剪切波速,对特征周期影响很小。     

剪切波速在福州地铁6号线场地分类中的应用

剪切波速是结构抗震设计中确定地震动参数的重要依据。利用福州地铁6号线沿线场地各土层剪切波速数据,给出福州地铁6号线沿线六类土层的949个测点的剪切波速统计分析及土层纵向变化情况。用三种不同规范计算不同深度范围内的等效剪切波速,对地铁沿线场地进行类别划分和对比,有助于6号线地铁建设乃至未来福州市地铁6号线沿线区域的工程建设。     

浅硬场地剪切波速测试标准差对地震动影响初探

采用Shake 2000程序,以Turkey Flat试验场地为模型,通过输入不同类型下多种强度的地震波,计算研究多工况下剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱和峰值加速度的影响。结论为:(1)浅硬场地上剪切波速测试标准差对地震动的影响很大,影响程度与输入地震波的强度和频率以及场地剪切波速计算值有关;(2)如果将反应谱残差大于20%或加速度峰值差别大于20%定义为统计意义上的不可忽略,那么剪切波速测试标准差对计算结果的影响在大多数情况下均不可忽略;(3)当输入波的卓越周期与场地特征周期接近时,浅硬场地上剪切波速测试标准差引起的反应谱变化非常显著;(4)只有当输入波的卓越周期与场地特征周期相差较大且输入波强度偏小时,剪切波速测试标准差引起的反应谱变化才可略去;(5)当浅硬场地上剪切波速实测结果低于统计均值时,地震动计算结果的偏差一般明显大于剪切波速实测结果,高于统计均值时引起的偏差,且地震输入越强表现越明显。     

剪切波速对场地地表地震动参数的影响

本文以江淮地区典型场地资料为原型,将土层剪切波速实测值按照一定比例进行增减,构造多种场地土层地震反应分析模型,选择Taft、E1centro和Kobe三条强震记录作为地震输入,采用一维频域等效线性化波动方法进行了土层地震反应分析.研究结果表明,剪切波速的变异性与场地地表地震动的影响程度与输入基岩地震动的频谱特性、幅值、土层结构等因素有关.地表峰值加速度随着剪切波速的增大而逐渐增大,地表加速度反应谱的特征周期随着剪切波速的增大而逐渐减小.     

剪切波速对场地地表地震动参数的影响TPF

本文以江淮地区典型场地资料为原型,将土层剪切波速实测值按照一定比例进行增减,构造多种场地土层地震反应分析模型,选择Taft、E1centro 和Kobe 三条强震记录作为地震输入,采用一维频域等效线性化波动方法进行了土层地震反应分析。研究结果表明,剪切波速的变异性与场地地表地震动的影响程度与输入基岩地震动的频谱特性、幅值、土层结构等因素有关。地表峰值加速度随着剪切波速的增大而逐渐增大,地表加速度反应谱的特征周期随着剪切波速的增大而逐渐减小。     

基于我国实际工程场地的不同基本周期计算方法差异性研究

场地基本周期是表征场地动力特性最基本的指标,也是评价场地条件的重要依据。本文介绍了计算场地基本周期的四种方法——子层周期求和法（规范法）、子层周期贡献系数法、简化Rayleigh法以及逐层单自由度法。收集并筛选了国内605组钻孔深度达到工程基岩的剪切波速剖面资料,其中:Ⅰ类场地10个;Ⅱ类场地300个;Ⅲ类场地249个;Ⅳ类场地46个。以传递函数法结果为标准,对上述四种方法的计算结果进行对比检验,就不同方法的偏差进行了深入分析,给出了其统计结果,并剖析了各方法应用于实际工程场地的适宜性。主要结论:（1）我国规范所采用的子层周期求和法虽然在工程中方便使用,但计算结果普遍存在显著偏差,其偏差的平均值大于20%,最大偏差甚至接近50%。（2）简化Rayleigh法和逐层单自由度法相较于规范法计算精度均有大幅提高,二者偏差在5%以内的工况数占比分别达到80%和70%以上。（3）子层周期贡献系数法采用了加权累加的计算方式,继承了规范法便于操作的优点,并且计算精度为本文所选四种方法中最高,其最大偏差不超过10%,偏差在5%以内的工况数占比达到85%,建议在实际工程中推广应用。     

苏州城区场地等效剪切波速计算深度取值探讨

鉴于场地等效剪切波速的计算深度是否需要由地表以下20 m增至30 m的争论尚未有定论,依据苏州城区场地143组实测剪切波速资料的统计分析,对GB50011-2010《建筑抗震设计规范》场地类别分类标准与欧美抗震设计规范场地分类标准进行了对比,比较了苏州城区场地等效剪切波速计算深度取为20 m和30 m的差异性,结果表明:苏州城区场地剪切波速在地表以下20 ～ 60m范围的变异性较大,采用分段函数描述剪切波速随土层深度的变化关系是合适的;Ⅲ类场地等效剪切波速大小的分布偏向Ⅲ类场地类别的下界限值,当计算深度由20 m增至30 m时,场地等效剪切波速的均值增大16％,如果直接沿用欧美规范的场地分类界限值,将会整体提高苏州城区场地类别的划分标准,苏州城区Ⅲ类和Ⅳ类场地的等效剪切波速分界值取为170 m/s是适宜的.     

两种表层土剪切波速等效方法对比研究

等效剪切波速是确定场地类别进而得到地表设计地震动参数的重要依据之一,不同等效方法的可靠性对比研究对工程建设的地震安全意义非常。调整典型人造场地、274个实际工程场地计算深度内的剪切波速排列顺序,讨论走时等效剪切波速(vse)以及周期等效剪切波速(vs T)二者对不同土层结构场地的灵敏性;对比采用vse、vs T两种指标对收集整理的200多个场地的场地分类结果,讨论vse、vs T两者在场地分类方面的一致性;放缩各场地模型各土层剪切波速,直至vse达到分类临界值,计算各场地的vs T。结果表明,计算深度内土层结构改变,vs T随之改变,而vse固定不变,即vs T相对于vse更能灵敏的反映土层结构对地表地震动参数的影响;利用vse、vs T两个指标对实际工程场地的分类结果具有高度的一致性,vs T作为场地类别的划分指标具有一定的合理性和有效性;vs T的计算结果比vse偏大,当vse达到临界值时,vs T很好的呈现为正态分布,以此得到二者统计意义的转化值。     

工程场地分类中等效剪切波速计算深度问题的讨论

根据中国华北、华东、华南、东北和西北等地918个实测钻孔资料的计算统计,探讨了工程场地分类中等效剪切波速计算深度取值20m和30m的实际差别,并对中国、美国、欧洲现有规范利用等效剪切波速进行场地类别划分的方法特点和具体指标进行了对比讨论。结果表明:1)计算深度由20m增加至30m时,钻孔等效剪切波速值的增大范围约为15～50m/s,平均增加值为25m/s;2)与欧美规范相比,中国现行规范(GB50011-2001)在划分场地类别时要求同时考虑20m计算深度的等效剪切波速值和覆盖层厚度,而在许多实际工程中,因较准确的覆盖层厚度不易获取而难以具体进行场地分类。因此,有必要借鉴欧美规范,通过增大等效剪切波速的计算深度至30m来强化该指标在场地类别判定中的作用     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.     

基于反卷积干涉法的土层地震反应特性研究

美国阿拉斯加安克雷奇德兰尼公园的土层地震反应观测台阵建有6个井下观测点和1个地表观测点, 每个观测点设置一个三分量加速度传感器, 该台阵建成后记录了多次地震事件. 本文通过反卷积地震干涉法对这些地震记录进行土层反应分析, 根据该分析结果提取土层结构的等效剪切波速和阻尼比. 所有层位的地震记录对地表记录的反卷积波形均反映出在土层中传播的上、 下行波, 其上行与下行至每一层的时间差别明显. 根据每一层的到时差, 确定土层中的等效剪切波速和分层等效剪切波速, 该结果与现场土层等效剪切波速测试结果吻合较好; 根据等效剪切波速计算出的土层卓越频率, 其一致性亦较好; 根据上、 下行波的峰值分析确定该场地土层的等效阻尼比, 也与软土的阻尼比经验值相当. 这些参数为后续的土层反应模拟和土结相互作用研究奠定了良好的数据基础. 结果表明, 反卷积干涉法能够用于土层反应分析和土层地震反应特性的提取.      

土层剪切波速与埋深关系统计分析和应用

一般认为土层剪切波速与埋深关系的回归公式主要用于对当地土层剪切波速值的初步估计。为了提高钻孔波速测试数据的应用价值,基于土层剪切波速与埋深关系的主要数学模型及其拟合参数,推导了场地覆盖层厚度计算公式、等效剪切波速计算公式和时深转换中反射波组埋深计算公式。以河南省长垣县场地为例,采用上述新公式计算获得的场地覆盖层厚度值、等效剪切波速值可满足工程需要。并提出应用这些新公式的步骤为:1)依据场地相关资料划分地震工程地质单元;2)对同一个地震工程地质单元内的钻孔波速测试数据进行统计分析,综合判别和选择土层波速与埋深统计关系的数学模型及其拟合参数;3)将选择的数学模型的拟合参数分别代入上述的新公式,即可分别获得场地覆盖层厚度、等效剪切波速或地层反射波组埋深。     

土层剪切波速在泉州市区场地评价中的应用研究

简述了剪切波速的测试技术,并分析了剪切波速在泉州市区各类土层和各种典型地层结构中的统计规律与基本特征,研究了剪切波速在场地分类中的应用,及其与脉动卓越周期在场地评价中的关系.     

昆明场地脉动优势频率、等效剪切波速度和场地类别判定

以云南省昆明地区为例,对28个钻孔分别以20 m、25 m、30 m厚度计算等效剪切波速和卓越频率,同时测定场地脉动优势频率.结果显示:以20 m、25 m、30 m厚度计算的等效剪切波速,其后者一般都大于前者.对多数钻孔,用25 m厚等效剪切波速和卓越频率判定的场地土类别一致;少数钻孔在靠近30 m时二者判定结果一致.经测定,场地脉动优势频率与20 m厚波速卓越频率相近,但却明显高于25 m厚波速卓越频率.脉动优势频率与不同计算厚度的等效剪切波速度相关性基本相同,对同一厚度(深度)脉动优势频率随等效剪切波速度增加而增加.若等效剪切波速度相等,则深度小的脉动优势频率高.由此推出,脉动优势频率主要由地表层20 m厚岩土力学性质决定,而且越靠近表层的岩土力学性质对脉动优势频率的影响越大.本文从弹性力学理论证明了脉动优势频率和剪切波速度的关系式.通过进一步分析证明,用25 m厚等效剪切波速判定场地土类别更可靠,用脉动优势频率判定场地土类别可作为有效的辅助方法.它们将影响对场地类别的判定.     

兰州黄土场地地震动参数量化研究

为了进一步了解土体性质(Q3和Q4黄土)和土层厚度对黄土场地地震动效应的定量影响规律,利用等效线性化波动分析方法,在总结了兰州地区不同年代黄土波速值随土层变化的基础上,结合具体的黄土动力学参数及现场波速测试成果,开展黄土场地在不同性质黄土覆盖条件下地表峰值加速度PGA和黄土场地特征周期Ts等指标变化特征的场地地震反应计算。本文在考虑50年超越概率分别为63%,10%,2%的兰州人造地震波荷载作用下,探讨了不同性质黄土覆盖层的影响,并进一步建立了不同条件下黄土场地地震动反应谱特征周期计算公式。研究结果表明:黄土的性质和厚度对地表放大系数影响较大,随着土层厚度的增加,地表峰值加速度放大系数具有非线性的特点,整体上随土层厚度的增大而增大。在两种性质黄土覆盖条件下,反应谱特征周期变化规律相同,呈对数变化特点。随着土层厚度增大,反应谱特征周期不断增大,增长速率逐渐减小。     

场地周期的确定方法综述

场地周期作为场地固有特性是评价场地条件的重要参数。本文在详细阐述场地周期基本概念的基础上将其区分为场地卓越周期和场地基本周期,并详细分析总结了这两种周期的不同确定方法。场地卓越周期是地震波在场地中传播幅值被明显放大频带对应的周期,主要是是利用地脉动或强震动记录通过频谱分析得出的,给出的是场地周期的范围,有时根据频谱曲线会无法识别场地卓越周期。场地基本周期是将场地假定为覆盖在均匀、各向同性线弹性基岩半空间上的水平成层均匀、各项同性的线弹性土层场地,无阻尼的情况下第一振型对应的周期。通过场地的物理参数(剪切波速或剪切模量,土层厚度和质量密度等)计算得出,计算方法包括解析法、数值法和简化法,实际应用中经常采用的方法是简化法。一般地,两种方法的确定结果不尽相同,在场地不太厚,场地土不太软的情况下,二者的确定结果相近。     

石家庄市区场地脉动特征及土层剪切波速

根据石家庄市区场地脉动和剪切波速的实例资料,分析了石家庄市区场地脉动的特征以及剪切波速,并给出了场地脉动周期与场地土怪固有周期的统计关系。认为该地区的脉动周期随覆盖层厚度及覆盖层层数的增大而减小,而剪切波速则随深度的增加而增大。     

不同深度土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响分析——以Ⅱ类场地为例

以Ⅱ类场地为例,选取了山东地区2个场地的工程地质勘探及剪切波速等资料,通过改变不同深度段波速,分别建立土层模型,计算分析了不同深度段、不同概率水平条件下剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究结果表明,剪切波速的变化对场地地震动加速度峰值影响在浅层影响最大,基岩输入面处次之,深层最小;对特征周期的影响,在浅层影响最大,深层次之、基岩输入面处最小。研究结果为进一步研究土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响及合理确定场地地震动参数提供一定的参考。     

成都地区土层剪切波速与埋深的关系

基于成都市地震安评报告中的场地钻孔剪切波速资料,定性探讨了成都地区Ⅱ类场地常见的10类土的剪切波速与埋深的关系;将拟合优度作为模型的综合评价指标,推荐给出针对不同类型土层的拟合函数模型。基于某工程的钻孔数据,利用推荐的数学回归模型和遗传神经网络模型,与其它研究模型计算得到的剪切波速预测值及实测值进行对比分析。结果表明：...