层状场地中透镜体对地震动影响的基本规律

本文采用有限元方法研究层状场地中透镜体对地震动影响的基本规律,分析层状场地与均匀场地的差别、含透镜体场地与不含透镜体场地对地震动影响的差别,以及透镜体埋深、宽度、厚度、刚度和输入波频谱等因素对地震动反应谱的影响.研究表明,层状场地与其等效的均匀场地有着显著的差别;透镜体的存在对地震动有显著的放大作用,该放大作用可达93.5%;由于入射波在透镜体周围的散射,会产生竖向加速度,且竖向加速度的短周期成分相对较多;透镜体埋深、宽度、厚度、刚度以及输入波频谱等因素对地震动反应谱具有重要的影响.     

计算基底深度的变化对加速度峰值及其反应谱的影响

以乌鲁木齐市轨道交通4号线天然司车站和七道湾车站场地为例,在不同频谱特性的人工地震动输入下,用等效线性化技术考虑土动力非线性特性,计算地表水平向场地地震反应,从计算基底深度的变化出发,研究低速层对地表水平向加速度峰值和加速度反应谱特征周期的影响。结果表明:(1)低速层对地表加速度中低频成分的影响较大,出现波谷和波峰;(2)低速层起到减小地表加速度峰值的作用。随输入强度的增大,地表加速度峰值下降幅度变大;(3)低速层对加速度反应谱特征周期的取值有很大影响,即对特征周期值有放大作用。随输入强度的增大,特征周期值放大的幅度变大。     

填海场地软弱夹层的地震响应特征分析

基于深圳市前海自贸区填海场地某一典型的含软弱淤泥夹层钻孔剖面,对填海场地中软弱夹层的厚度和埋深对地面运动特性的影响进行分析。将原软弱夹层按2 m、4 m、6 m、8 m、10 m厚度,0 m(地表)、5 m、10 m、15 m、20 m、30 m、45 m(层底)埋深,构造出35个土层模型。利用土层一维等效线性化分析方法对上述35个土层模型进行不同超越概率地震动输入下的地震反应分析,结果表明:当输入地震动一定时,随着软弱夹层埋深的增加,地表加速度峰值放大倍数k逐渐减小,埋深超过一定深度后,k值小于1;随着软弱夹层的厚度增大,加速度峰值放大倍数k先增显大后减小;随着输入地震动的增大,各工况下地震地表加速度峰值放大倍数k相应都减小,地表加速度峰值减小明显。     

深厚软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有重要影响,但目前对该问题的研究比较少,尤其是深厚软土场地中的透镜体问题还鲜有研究。本文采用有限元-间接边界元耦合法,建立非线性土-结构动力相互作用模型,并对方法计算精度进行了验证。论文首先比较了弹性基岩模型和刚性基岩模型的差别,建议采用更接近实际的弹性基岩模型研究深厚软土场地中的透镜体问题。然后在考虑场地土体和透镜体介质非线性的基础上,系统地研究了深厚软土场地中透镜体宽度、厚度和埋深对上部结构地震响应的层间位移角、加速度及基底剪力的影响。研究表明,透镜体的存在可能会明显改变上部结构的动力响应,上部结构的动力响应可能会明显放大。透镜体宽度、厚度和埋深对结构动力响应均有很大影响。     

硬夹层埋深对场地地震动参数的影响

选取某重要工程场地A3钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变硬夹层的埋深,分析硬夹层不同埋深、不同地震时程对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在硬夹层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表水平向的峰值加速度随硬夹层埋深的增大而增大,但增幅逐渐减小;硬夹层埋深到达一定深度时不再影响地表水平峰值加速度;随着硬夹层埋深的增加,整个反应谱的谱值普遍增大。     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

单一均质土覆盖层厚度对地表峰值加速度和反应谱平台值的影响

选择粘土、粉土、砂土、砾石4类土场地构造了140个单一均质土剖面,输入峰值分别为50、100、150、200、300 Gal的各3条人工合成地震动时程,使用一维等效线性波动法,进行了土层地表地震反应计算,并对计算得到的地表峰值加速度和反应谱平台值做了统计分析和讨论.结果表明:不同土类地表峰值加速度和反应谱平台值随覆盖层增大达到最大值的厚度不同;不同幅值的基底输入,不同土类的覆盖层情况下,地表峰值加速度相对于基岩值加速度的放大倍数并不具有规律性,同是Ⅱ类场地,中软和中硬场地土条件下放大倍数的差异也是明显的.     

硬夹层厚度对场地地震反应的影响

文中基于某核电站场地工程地质资料,构建了5个硬夹层厚度不同的工程地质剖面。在此基础上,建立了5个一维分析模型,并应用一维土层地震反应等效线性化方法分析了硬夹层厚度对场地地震反应加速度峰值与反应谱的影响。分析结果表明:硬夹层的厚度对场地地震反应峰值加速度与反应谱有较明显的影响,硬夹层厚度的增加减小了场地的非线性效应;不同输入地震动水平下,硬夹层顶板的峰值加速度均小于输入加速度峰值,地表峰值加速度均大于输入加速度峰值;相同输入地震动水平下,随着硬夹层厚度的增加,硬夹层顶板和场地地表峰值加速度与输入峰值加速度之比均表现为先逐渐减小后逐渐增加的趋势,而场地地表与硬夹层顶板的峰值加速度之比随硬夹层厚度的增加总体逐渐增加;硬夹层厚度相同时,随着输入峰值加速度的增大,硬夹层顶板和场地地表的峰值加速度与输入峰值加速度之比逐渐减小;硬夹层仅对一定频带内的加速度反应谱有影响,其厚度越大,影响频带越宽,而对于影响频带之外的加速度反应谱影响很小,同时周期越长影响越小。     

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。     

考虑近断层方向性效应及土层非线性影响的场地概率危险性分析

针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。     

饱和砂土透镜体液化对建筑物地震反应的影响

采用一种能分析有结构物存在的场地地震液化问题的二维有效应力有限元分析方法,研究饱和砂土透镜体液化对建筑物地震反应的影响。计算中采用了更为合理的迭代方式处理土的非线性,考虑了Ｋｃ对孔压的作用,引入了透射边界。取建筑物为短周期结构。考虑了透镜化宽度、厚度、埋深以及输入地震动类型幅值对结构加速度反应的影响。计算结果表明：（１）所采用的方法与已有的模型实验结果有很好的对应关系,可用于招考莪存在下的场地砂土     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

Long period microtremors, microseisms and earthquake damage: Northridge, CA, earthquake of 17 January 1994

Three studies of site amplification factors, based on the recorded aftershocks, and one study based on strong motion data, are compared one with another and with the observed distribution of damage from the Northridge, CA, earthquake of 17 January 1994 (M_L=6.4). In the epicentral area, when the peak ground velocities are larger than v_m≈15 cm/s, nonlinear response of soil begins to distort the amplification factors determined from small amplitude (linear) wave motion. Moving into the area of near-field and strong ground motion (v_m>30 cm/s), the site response becomes progressively more affected by the nonlinear soil response. Based on the published results, it is concluded that site amplification factors determined from small amplitude waves (aftershocks, small earthquakes, coda waves) and their transfer-function representation may be useful for small and distant earthquake motions, where soils and structures respond to earthquake waves in a linear manner. However in San Fernando Valley, during the Northridge earthquake, the observed distribution of damage did not correlate with site amplification determined from spectra of recorded weak motions. Mapping geographical distribution of site amplification using other than very strong motion data, therefore appears to be of little use for seismic hazard analyses.     

Seismological evidence for nonlinear elastic ground behavior during large earthquakes

Amplification of earthquake-induced seismic waves by soft superficial deposits often causes significant damages in the urban areas. In predicting this effect for large future earthquakes, the linear elastic response of soils is customarily assumed. To check this assumption, we have analyzed surface and downhole acceleration data from the SMART1 and SMART2 strong motion arrays in Taiwan, covering peak accelerations of up to 0·3 g. First, frequency-dependent amplification induced by the alluvial deposits at the SMART1 array was estimated using spectral ratio technique, where the records at rock site were taken as a reference motion. Statistically validated reduction in soil amplification in the strong motion relative to the weak motion in the frequency range between approximately 1 and 9 Hz was detected. Secondly, relative site responses between the Pleistocene and recent sedimentary deposits at the SMART2 array were studied. Relative amplification was shown to be clearly dependent on the excitation level. Thirdly, we compared experimentally recorded uphole/downhole spectral ratios on weak and strong ground motion with the theoretical response yielded by the geotechnical code DESRA2 which assumes hysteretic constitutive relationship of soil. Major symptoms of nonlinear ground behavior predicted by the model were found in the observed data. Back-calculation of the shear wave velocities to the depth of 47 m shows nearly 50% decrease in the strongest quakes, also accounted for by the nonlinear soil behavior.     

随机方法在地震烈度速报中的应用

我国地震监测台网间距大,很难实现大震发生时地震烈度分布图的快速编制.基于随机方法,利用历史小震数据反演地震动估计模型的参数,参考地震发生时获取的少量强震动数据,选取合适的震源参数,正演地震动场的分布.根据地震烈度与地震动参数的经验关系,实现地震烈度速报.本方法可以模拟大震的近断层地震动特征,对高烈度区的判断较目前常用的烈度速报方法更为合理.研究成果既可以用于首张烈度分布图的发布,还能够用于地震烈度的动态修正.     

地形效应影响下地震动参数与斜坡稳定性的相关性研究

地形对地震动的影响比较复杂, 考虑地形放大效应的地震滑坡稳定性分析需要选择合适的地震动参数. 本文使用自贡地形影响台阵记录到的2008年汶川M_S8.0地震主震加速度记录, 分析了地震动峰值加速度、 阿里亚斯烈度以及90%能量持时随地形高度的变化, 探讨了地形效应作用下峰值加速度和阿里亚斯烈度与地震动作用下斜坡稳定性的相关性. 结果表明: ① 地形场地对峰值加速度和阿里亚斯烈度均有显著的放大效应. 地形放大效应较为复杂, 其整体上随台站高度的增加而增大, 水平向的放大效应大于竖直向. 水平向峰值加速度的放大系数为1.1—1.8, 阿里亚斯烈度的放大系数为1.2—3.3; 竖直向相应放大系数分别为1.1—1.3和1.2—1.7. ② 地形对地震动持时也有一定的放大效应, 但不同高度、 不同分量的放大效应没有显著差异, 其放大系数均约为1.3. ③ 阿里亚斯烈度和峰值加速度均能很好地表征地形对地震动的影响, 与地震动对斜坡稳定性的影响具有很强的相关性. 与峰值加速度相比, 阿里亚斯烈度综合了地震动的多方面特征, 可以更好地表征地形对地震动的影响, 与地震动作用下斜坡稳定性的相关性更强.      

Amplification of in-plane seismic ground motion by group cavities in layered half-space (Ⅰ)

Amplification of in-plane seismic ground motion by underground group cavities in layered half-space is studied both in frequency domain and time domain by using indirect boundary element method (IBEM), and the effect of cavity interval and spectrum of incident waves on the amplification are studied by numerical examples. It is shown that there may be large interaction between cavities, and group cavities with certain intervals may have significant amplification to seismic ground motion. The amplification of PGA (peak ground acceleration) and its PRS (peak response spectrum) can be increased up to 45.2% and 84.4%, for an example site in Tianjin, under the excitation of Taft wave and El Centro wave; and group cavities may also affect the spectra of the seismic ground motion. It is suggested that the effect of underground group cavities on design seismic ground motion should be considered.     

考虑土体非线性及倾角影响的盆地地震响应研究

基于二维沉积盆地模型,采用D-P弹塑性模型模拟盆地的非线性特征。利用显式有限元与黏弹性边界结合的方法,通过改变盆地边缘倾角,在时域和频域内分析盆地地表的地震动响应,对比线性与非线性盆地地震反应的差异。结果表明:(1)土体非线性对整个盆地范围内地震动的影响都较显著。考虑非线性时地震动放大系数明显降低,降低幅度在30%~50%。同时,考虑非线性和倾角影响时最强烈放大区域的范围和位置变化,且很小倾角下的分布特征显著不同。(2)两分量的放大系数都有随边缘倾角的增大而增强的趋势,但均是盆地边缘区域受非线性的影响最为显著。此外,真实地震波输入下显著放大区域的范围及线性与非线性结果的差异程度相对更大。(3)考虑非线性时,对于不同频率地震波的放大系数差别明显,但都表现出从低频到高频谱比分布越来越复杂的现象,同时盆地倾角的影响程度随频率的增大更加明显。(4)考虑土体非线性并未改变地震波传播的总体特征,但各震相强度相对降低。