液化与非液化场地加速度反应谱对比

通过对2011年新西兰发生的6.3级地震中获取的硬土场地、软土场地和液化场地强震记录实测资料进行分析,研究包括3种类型场地的地震动特征及其相互关系。分析的强震记录为震中距小于50 km,且峰值大于0.05g的23个场地上的加速度记录,其中含3个硬场地、11个软场地和9个液化场地。3种类型场地上的放大系数谱对比分析表明,硬土场地、软土场地和液化场地上的地震动特征具有明显区别,三者层次清晰,差别显著,从地震动表现上液化场地已构成一个与常规场地并列的独立单元;液化场地减少地震动高频分量但同时对低频分量显著放大,与非液化场地相比,液化场地可使其上短周期结构反应减小一半,但同时可使其上长周期结构反应放大2.5～5.0倍;土层的液化对此次地震中克莱斯特彻奇市中心CTV大楼的破坏应有很大影响,大楼自振周期约为0.7 s,地震中土层液化使场地加速度反应谱卓越周期由0.1～0.3 s增到0.5～1.0 s,与大楼的自振周期趋于吻合,加重了大楼震害。以此为鉴,按现有规范中地震动的设计方法,如遇液化场地将对长周期结构给出明显危险的结果,因此从振动角度今后进行结构抗震设计时,可液化场地上的地震动应给予特殊考虑。     

液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究

采用大型振动台进行液化场地桩基桥梁震害响应模型试验,很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的各种宏观现象。0.15gEl Centro波输入下,上部砂层局部液化,桩-柱墩加速度主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。0.5gEl Centro波输入下,整个砂层全部液化,桩被折断且加速度也主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。砂层液化与否,对桩-柱墩动力反应影响很大。     

以剪切波速与地表峰值加速度为依据的地震液化确定性及概率判别法

剪切波速作为土性的基本参数,为评价土体抵抗地震液化的能力提供了一种方法。回顾了以剪切波速和地表峰值加速度为依据的场地地震液化判别方法的演化历史,依据他人收集的现场液化资料,合计49次地震、618例液化/不液化场地数据,提出了确定液化临界曲线的基本原则,给出了基于修正剪切波速与地表峰值加速度的液化临界曲线,验证了液化临界曲线的位置对细粒含量、有效上覆压力、震级等因素取值变化的合理性,分析了估计土层循环应力比CSR的剪应力折减系数、震级标定系数、有效上覆压力修正系数等因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性。结果表明：液化临界曲线对各种影响因素具有很好的适用性。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法,给出了建议的液化临界曲线的名义抗液化安全系数与液化概率的经验关系式及概率等值线,并对核电厂Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类抗震物项地基,分别建议了相应的液化临界曲线。该方法以丰富的现场液化数据为依据,具有广泛的应用前景。     

以标贯试验为依据的砂土液化确定性及概率判别法

核电厂址非基岩场地的地基液化问题是核电厂选址的关键问题,亟需建立核电厂址地基液化判别方法。回顾了以标贯试验和地表峰值加速度为依据的砂土液化判别方法的演化历史,依据Idriss-Boulanger确定液化临界曲线的基本方法,提出了确定液化临界曲线的基本原则,分别依据美国液化数据库、中国抗震规范液化判别式所用的液化数据及综合两者的液化数据资料,给出了相应的液化临界曲线,验证了液化临界曲线的位置对不同的细粒含量、有效上覆压力、现场试验方法的液化数据的合理性,分析了测量或估计土层循环应力比和修正标贯击数各种因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性,结果表明：所提的液化临界曲线不易受各种因素的影响。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法,给出了液化临界曲线的名义抗液化安全系数与液化概率的经验关系式及概率等值线,并对核电厂Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类抗震物项地基,给出了相应的液化临界曲线。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明：在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。     

现有液化识别方法对比分析

场地液化实时监测和报警是减轻液化灾害的新途径,其核心技术是建立依据强震记录对液化场地进行反演识别的方法。采用统一样本,其中尽可能多地包含软土场地地震动记录,按场地类别对目前国内外现有的Suzuki法、Miyajima法、KY法和SY法等4种主要液化识别方法的可靠性进行了对比分析,提出评价结果及改进建议。分析表明：对全部样本,SY法、Suzuki法、KY法和Miyajima法识别成功率依次为98%、85%、77%和52%;Suzuki法、KY法和Miyajima法的成功率受场地类别影响显著,随场地变软而明显降低,对D类场地识别成功率均在55%以下;Suzuki法、Miyajima法和KY法均采用与绝对周期相关的参数作为判别指标,而软土与液化场地上存在明显交叉,极易导致误判;SY法选取地震动参数的相对变化作为识别指标,即使对D类场地成功率也达到92%,但其方法中仍有若干细节需要进一步探讨和改进     

液化土层地震动模拟计算方法及验证

针对目前土层反应分析方法难以模拟液化土层地震动时程的缺欠,在工程力学研究所原有有效应力分析程序基础上提出了一个改进的计算方法并进行了验证。改进方法中,通过每个应力循环模拟土的非线性进程以及液化导致的土刚度衰减过程,并引入了新建立的适于非均等固结随机地震荷载作用下的孔压增长模型。将计算方法与实际地震记录及大型振动台实验结果进行了对比,结果表明：在峰值加速度、液化后波形变化、时频曲线及加速度反应谱等主要特征上,计算结果均与现场实际记录及振动台实验基本一致;在液化引起地震动特征变化上,计算出的液化较非液化土层加速度反应谱的增量与实验结果一致。说明所提出的改进方法可以用于液化土层地震动的模拟。     

脉冲地震动中竖向加速度对场地液化的影响

为研究近断层脉冲地震动中竖向加速度对砂土场地液化的影响,基于有限元平台OpenSees开发的边界面塑性本构模型,建立了动单剪单元试验模型和饱和砂土三维有限元模型。选取台湾Chi-Chi地震中10条具有速度脉冲特性的地震波,对比分析了水平双向脉冲波与三向脉冲波作用下土柱竖向位移、循环应力比、孔压比及等效循环周数的差异性,继而明确了脉冲地震动中竖向加速度对砂土液化的影响规律。研究表明,三向脉冲地震波中竖向加速度分量对场地永久位移值影响较小,但使永久位移的发展持时明显增大;土柱循环应力比受竖向地震动影响较小,因此分析脉冲地震动对场地剪切特性的影响时,可将三向脉冲地震动简化为水平双向地震动;考虑竖向地震动的三向脉冲地震波引起的孔压比变化幅度较大,孔压消散时间较长;三向脉冲地震波对应的等效循环周数较大,地震动发展持时长,可认为竖向加速度对场地液化有促进作用。     

核岛结构设计地基场地及计算基底效应研究

针对新型核电工程结构AP1000核岛结构设计地基中的5类非坚硬岩场地,即硬岩场地、软岩场地、上限软-中等土场地、软-中等土场地和软土场地,采用一维土层场地模型开展场地土和计算基底条件对设计地震动影响计算分析。分析中,场地模型的计算基底剪切波速分别取为700、1 100、2 438 m/s,计算基底输入地震动分别选择基于核电建设相关技术文件和规范规定的反应谱RG1.60谱、AP1000谱和HAD101/01谱（5个阻尼比）合成的人工地震动时程。计算分析表明：非坚硬岩场地会导致场地地震动峰值加速度及频谱特性显著变化,场地越软影响程度越显著;除软土场地外,场地对地震动峰值加速度和反应谱的影响均为放大作用,软土场地对地震动较低频段反应谱有放大作用,但对峰值加速度和较高频段反应谱具有强烈的减小作用;对于各类场地,计算基底及其剪切波速的变化均会导致地表地震动峰值及频谱特性明显甚至显著变化,其影响程度与计算基底剪切波速成正比;随着场地由硬变软,计算基底剪切波速的变化对场地地震动的影响程度大为减小,至软土场地几乎不产生影响。考虑到场地类型及计算基底选取对场地地震动的显著影响,我国核电厂建设引用AP1000标准设计时应合理分析场地的适宜性。     

地震液化条件下地面的大变形三维数值分析

地基液化条件下地面大变形是造成工程结构破坏的主要原因之一。考虑地形、地震、土层、地下水等影响因素,针对典型的岸坡场地3层土地基模型,利用有限差分法FLAC3D,对可液化场地在地震作用下发生地面大变形的过程进行了数值模拟。结果表明,临空面坡比愈大、地表坡度越陡,地基液化地表侧向位移值愈大;变坡度的场地在地震作用下发生的侧移要比单一倾斜率的场地大;地震最大加速度越大、地震持续时间越长,地基液化侧向位移、地表沉陷和隆起现象越严重;液化层的埋深、厚度以及地下水位都对地面大变形的产生有着不同程度的影响,应选择合理的地基处理方案进行处理。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

轴力作用下液化土中端承桩的水平振动特性

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层,基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法,研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法,得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法,在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式,并进行参数研究,分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明,在轴力作用下,不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小,但随频率的变化趋势相同;轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著,随着轴力的增加,桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小,若轴力继续增大,其绝对值趋近于0,桩发生失稳破坏;桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响,而液-固耦合系数的影响较小。     

An attenuation relationship based on Turkish strong motion data and iso-acceleration map of Turkey

This paper presents an attenuation relationship of peak ground acceleration (PGA) derived from Turkish strong motion data for rock, soil and soft soil sites and an iso-acceleration map of Turkey based on this relationship. For the purpose, among all the three-component accessible records, 221 records from 122 earthquakes that occurred in Turkey between 1976 and November 2003 were selected. The database was compiled for earthquakes with moment magnitudes (M_w) and PGA values ranging between 4.1 and 7.5, and 20 and 806 gal, and distances to epicenter considered in the database were between 5 and 100 km. From the regression analysis of the data, an attenuation equation of PGA considering rock, soil and soft soil conditions was developed. The PGA values predicted from the equation suggested in this study and those both from a few domestic equations and some imported equations were compared. In addition, an iso-acceleration map of Turkey was constructed using the suggested attenuation equation and considering both known active faults and epicenter locations of the earthquakes that have occurred in Turkey.     

静力触探法对巴楚地震液化判别的适用性

2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区发生的6.8级地震中出现了自1996年唐山大地震以来我国大陆境内最为严重的砂土液化现象。以此地震液化调查为基础,检验包括我国规范液化判别方法、Robertson方法和Olsen方法的国内外现有静力触探试验为指标的液化判别方法的适用性。结果表明,我国规范、Robertson方法、Olsen方法在对巴楚地震液化场地判别中,总体上非液化场地判别成功率高于液化场地判别成功率,非液化场地的判别成功率分别为88%、71%和88%,但对液化场地判别成功率分别为55%、73%和45%,明显偏于危险,原因需要进一步查明,建立适合局部地区的液化判别方法应是未来必须进行的工作。     

远场大地震作用下大尺度深软场地的非线性地震效应分析

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台,针对苏州城区典型地层剖面,建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型,对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比,大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著,由于土介质的横向不均匀性及其非线性,使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0.3 s的高频地震波均具有显著的滤波效应;大地震远场地震波作用时,深软场地对周期0.85～1.65 s的长周期地震波的放大效应非常显著,但对2.5～7.0 s的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象,在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域,地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显,且大地震远场地震动作用时,20 m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱? 谱的谱形有显著影响;给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线,可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。     

横向扩展液化土中单桩-土系统的非线性分析

将地震液化场地分为地表的上覆未液化土层、底部的未液化基层以及夹在两者之间的液化土层,基于桩-土相互作用的非线性Winkler模型,考虑桩弯曲的非线性弯矩-曲率本构关系和桩的几何非线性变形,建立了液化土层横向扩展下桩非线性大挠度变形的基本控制方程,并利用打靶法进行了数值求解。同时,给出了桩线弹性小变形情形下的解析解。通过与非线性有限元解和线弹性小变形解析解的比较,验证了文中打靶法的有效性和可靠性。用数值方法分析了液化土层横向扩展对桩力学性能的影响,结果表明：非线性桩-土相互作用和桩材料非线性效应强于桩的几何非线性效应,随着液化土层横向扩展位移的增加,几何非线性效应逐渐增大,此时,应采用完全非线性模型进行桩力学行为的分析。     

文克尔地基模型下液化土桩基水平振动响应分析

在桩基顶部承受竖向荷载作用的条件下,将完全液化后的上层土体视为流体,将桩基等效为欧拉-伯努利梁模型,探讨了桩底嵌固时桩基顶部的水平振动阻抗。运用流体动力方程模拟顶部液化土层的运动,运用文克尔地基模拟下部非液化分层土的运动。结合传递矩阵法,利用液化土与非液化分层土交界面处的位移、转角和内力连续条件,得到桩基顶部和底部的相关位移?内力表达关系式。根据桩基底部的嵌固条件,求得桩顶阻抗的表达式。与已有文献解进行对比,验证了分析过程的正确性。对阻抗影响条件进行参数分析,表明液化深度、轴力和流体密度大小对桩顶阻抗有不同的影响。     

Regional flood risk assessment via coupled fuzzy <Emphasis Type="Italic">c</Emphasis>-means clustering methods: an empirical analysis from China’s Huaihe River Basin

Airports are one of the critical infrastructures that play an essential role in managing natural disasters through receiving or sending aid and supplies. Air traffic control (ATC) towers are an inseparable part of each airport as the performance of airports depends on the functionality of their ATC towers. Many ATC towers have been designed and constructed based on older versions of modern seismic codes in which seismic design has followed a force-based design approach. This study addresses the seismic vulnerability of three in-service ATC towers which have been designed and constructed according to a force-based design concept. The height of the towers ranges from 24 to 52 m. Fragility curves have been used for the seismic vulnerability study of these towers. For the derivation of seismic fragility curves, 45 earthquake records were selected and classified into low, medium and high classes based on their ratio of peak ground acceleration (PGA) to peak ground velocity (PGV). It was observed that records with a low PGA/PGV ratio imposed the highest level of damage to the towers. However, when towers were subjected to the records with a high PGA/PGV ratio, the damage intensity was not significant. Results indicated that the intensity of seismic-induced damage to the tallest tower was significantly more than that of the shortest tower. It was concluded that only the shortest tower could satisfy the expected seismic performance objectives.