弱非线性下两种程序对不同类别场地地震反应的对比

一维等效线性化土层地震反应分析程序的代表有LSSRLI 1与SHAKE2000。LSSRLI 1是我国地震安评工作中推荐使用的程序,代表20世纪80年代的国际先进水平,而目前代表国际先进水平是SHAKE2000。针对等效线性化程序存在的不足,有必要对LSSRLI 1进行改进。为了寻找LSSRLI 1与SHAKE2000之间的差异,通过建立Ⅰ至Ⅳ类场地的土层剖面模型,对比分析两程序的计算结果,得到在不同场地条件下两程序的差异情况以及这些差异的变化规律。结果表明,Ⅰ、Ⅱ类场地中两程序计算结果差异不大,Ⅲ、Ⅳ类场地中两程序计算的PGA、反应谱与剪应变结果差异较大。初步分析可知,剪应变相对差与PGA、反应谱、剪切模量相对差存在相关性,通过修正剪应变的计算可以缩小LSSRLI 1结果与SHAKE2000结果的差距。     

弱非线性下两种程序对不同类别场地地震反应的对比

一维等效线性化土层地震反应分析程序的代表有LSSRLI 1与SHAKE2000。LSSRLI 1是我国地震安评工作中推荐使用的程序,代表20世纪80年代的国际先进水平,而目前代表国际先进水平是SHAKE2000。针对等效线性化程序存在的不足,有必要对LSSRLI 1进行改进。为了寻找LSSRLI 1与SHAKE2000之间的差异,通过建立Ⅰ至Ⅳ类场地的土层剖面模型,对比分析两程序的计算结果,得到在不同场地条件下两程序的差异情况以及这些差异的变化规律。结果表明,Ⅰ、Ⅱ类场地中两程序计算结果差异不大,Ⅲ、Ⅳ类场地中两程序计算的PGA、反应谱与剪应变结果差异较大。初步分析可知,剪应变相对差与PGA、反应谱、剪切模量相对差存在相关性,通过修正剪应变的计算可以缩小LSSRLI 1结果与SHAKE2000结果的差距。     

软场地下两种地震反应分析程序的对比

LSSRLI-1与SHAKE2000是目前国内外等效线性化地震反应分析程序的代表。将LSSRLI-1和SHAKE2000对软土场地进行计算对比,比较加速度峰值、反应谱和剪应变,分析其异同,研究存在的差异及原因,讨论剪应变与加速度峰值和反应谱的相关性,以指导方法和程序的改进。研究结果表明:2个程序计算出的PGA和反应谱结果在某些情况下存在不可忽视的差异,大部分情况下SHAKE2000计算出的PGA要大于LSSRLI-1的结果,在0~3s周期段内大部分情况下SHAKE2000的反应谱大于LSSRLI-1的结果;2个程序计算出的剪应变存在较大差异,LSSRLI-1计算出的的剪应变明显比SHAKE2000大;2个程序计算出的PGA、平均谱值比相对差与剪应变相对差存在相关性,不考虑非线性下,两个程序计算出的地表加速度反应谱基本没有差异,计算地震动的算法应相同;但计算剪应变的结果不同,导致考虑土层非线性的迭代计算结果出现差异。     

国际上两种典型土层地震反应分析程序对比研究

土层地震反应分析方法分为频域与时域两大类,目前国际上最好的一维程序为SHAKE2000与DEEPSOIL,但二者的适用性和比较情况尚不得知。构造了符合我国规范的4种类别场地,对14个场地在3条地震动输入和3个烈度下总共82组工况进行对比计算,研究二者计算出的地表峰值加速度、反应谱和剪应变的异同。结果表明:二者差异大小与场地类别、输入PGA和输入地震动的频率分布有关,其中场地类别起主要作用,其他因素影响较小;只有在Ⅰ类场地下二者差异可忽略,其他类别场地存在差异,深软场地差异十分显著;虽然DEEPSOIL在计算反应谱高频部分表现优于SHAKE2000,但无论地表加速度峰值还是整体反应谱都要逊于后者,特别是对Ⅲ类场地和Ⅳ类场地情况;DEEPSOIL计算得到的土体剪应变普遍大于SHAKE2000,在软土场地表现十分显著,很多工况结果达到了不合理的程度,这应是其表现逊色的原因;在Ⅲ类和Ⅳ类场地下,两程序很多计算结果与现有认识相差很大。其结果为了解掌握土层地震反应分析方法的国际现有水平及今后方法改进提供了一定基础。     

基于等效线性化方法的一维土层地震反应通用计算程序对比

基于等效线性化的一维土层地震反应计算是目前国内外普遍采用的方法,国外的SHAKE91、DEEPSOIL和我国的LSSRLI-1即是根据这一方法编制的通用计算程序。本文采用这3个程序进行了不同地震波、不同输入地震动幅值下不同场地类型的土层地震反应计算,并对三者的结果进行了全面的比较分析。结果表明:①SHAKE91和DEEPSOIL程序的计算结果完全相同;②当土层最大剪应变均采用时域计算时,LSSRLI-1程序的计算结果与SHAKE91和DEEPSOIL程序基本相同,但有微小差别,其原因是:在基于等效剪应变通过离散形式的剪切模量和阻尼比随等效剪应变变化的关系曲线确定等效剪切模量和阻尼比时,DEEPSOIL和SHAKE91采用的插值方法与LSSRLI-1不同;③当LSSRLI-1程序采用频域经验关系计算土层最大剪应变时,特别是在强地震动输入下得到的土层地表加速度峰值和加速度反应谱与另外两个程序的计算结果有差别,且土层最大剪应变随着输入加速度的增大出现较大的差别。因此,本文建议:当采用LSSRLI-1程序计算土层地震响应时,应使用程序中的时域解方法代替以往默认的频域经验关系方法。     

基于实测记录的土层地震反应分析程序对比研究

DEEPSOIL和SOILQUAKE是两种典型的土层地震反应分析程序,已有研究表明,我国学者新近开发的SOILQUAKE程序更适用于模拟深厚软土场地的非线性反应,但对于该程序的验证分析,大多是通过与其他一维土层分析程序或基于单一场地的实测记录进行对比验证,尚有待通过不同类型场地的实测记录进行验证并进一步分析程序的可靠性。本文选取日本KiK-net台网中包含Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地的多个台站地层参数及实测地震波记录,通过SOILQUAKE和DEEPSOIL建模计算,从土层放大效应及地表反应谱特征等方面进行对比分析。结果表明:(1)SOILQUAKE在Ⅱ、Ⅲ类场地情况下能够较好地预测土层响应,但在Ⅳ类场地上地震烈度达到7度之后,地表PGA计算结果比实测记录有所偏小,但误差仍在可接受范围内;而DEEPSOIL的计算值则在各类场地中均明显偏小,与实测记录的偏差随着场地特征周期及地震强度增加而增大。(2)场地土的层数较多且各层土性差异较大时,两种程序计算与实测记录的偏差比土层简单时明显增大。(3)需要注意的是,SOILQUAKE对放大效应预测足够时,有时伴随着地震反应谱"左移"的问题,该现象在各类场地中均有所存在,且在存在"左移"的案例中,现象随着场地特征周期和地震动强度的增加表现得更显著。     

基于黏弹性解的土层地震反应分析程序LSSRLI-1和SHAKE2000的对比

地震过程中震动传播的局部场地效应通常用一维的场地反应分析方法来考虑,目前使用最多的是线性、等效线性化和非线性三类,其中国内外分别以LSSRLI-1和SHAKE2000为代表的等效线性化程序使用最为广泛。LSSRLI-1是我国地震安全评价程序,提出已有20多年,为我国的防震减灾事业做出了巨大贡献,但也在实践过程中表现出了一些缺点和不足,是否可以改进有待研究。本文以经典波动理论为基础编制了相应的土层反应分析线性计算程序,并与LSSRLI-1和SHAKE2000就硬和软两种场地上地表加速度反应谱和土体剪应变分布进行了对比分析,考虑了不同输入波以及不同震动强度对分析结果的影响,也讨论了土体剪应变计算偏差对地表反应谱的影响。结果表明:硬和软场地上SHAKE2000计算出地表加速度反应谱和土体剪应变分布均符合较好;硬和软场地上传递函数计算中LSSRLI-1、SHAKE2000和精确解三者一致;硬场地上LSSRLI-1计算所得土体剪应变分布同SHAKE2000和精确解相比偏差很小且对反应谱的影响可以忽略;某些情况下,软场地上LSSRLI-1计算出的土体剪应变分布同SHAKE2000和精确解相比明显偏大,该偏差会导致地表响应显著偏小,说明LSSRLI-1用于软场地地震反应分析时其剪应变求解方法有待改进。     

输入地震动相位特性对不同类别场地土层地震反应影响

以某Ⅷ度设防区基岩场地地震危险性计算为基础,拟合不同随机相位的人造地震动时程作为输入,采用一维等效线性化方法,计算了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类典型场地的土层地表地震反应。结果表明:(1)在不同地震动强度、不同随机相位基岩时程输入条件下,对不同类型场地土层地震反应计算得到的地表加速度峰值和反应谱值相对极差差别较大,地震动相位特征对土层地震反应的影响不可忽略;在反应谱特征周期2.0 s内,地表峰值和反应谱值变异系数随输入地震动强度的增大有增大趋势;(2)采用统计学方法计算给出了不同场地类别的基岩输入随机相位样本时程的必要数量,不同场地类别不同地震强度输入条件下所需要的最少样本量不同。在输入地震动强度不大(PGA0.20 g)且满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,不同类别场地至少需要15组不同随机相位的基岩时程,基本能满足均值统计要求;在输入地震动强度较大(PGA≥0.20 g),满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,至少需要30组不同随机相位的基岩时程,才能满足均值统计要求。     

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。     

山东省不同场地PGA放大影响研究

搜集整理"场地勘察钻孔数据库及分析平台系统"中山东省278个土层结构数据相对完整的钻孔剖面,采用一维等效线性化地震反应分析方法,计算II类和III类场地在5种实际基岩地震动作用下的场地反应,分析场地地震动峰值放大系数随场地类别、等效剪切波速、输入地震动强度的变化特征。结果表明:①场地土对输入地震动具有放大作用,这种放大作用随着地震动输入强度的增大在II,III类场地呈现不同的趋势;②对比所有场地不同地震强度的PGA平均值及拟合曲线发现,II类场地PGA多数情况高于III类场地;③分析所有场地土层PGA随v_se变化情况,发现在D,E强震作用下,PGA在v_se>350 m/s变化趋势平缓,因此提出II类场地更为细致的划分方法,并给出各类场地地震动参数变化的经验关系式及其系数值。