上海软土动力参数变异性对土层地震反应的影响

应用模态摄动法求解水平分层均匀土层的地震反应，通过大量的数值计算，讨论上海软土土性变化对土层基本周期和表面地震加速度反应的影响。数值结果表明：准确获取土层的动力参数对土层地震反应计算有重要影响，在现场实测获得较为翔实的土样动力特性参数的基础上，土层土性动力参数变异性所产生的计算误差是有限的。     

深厚饱和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明显的影响,且饱和场地与相应干土场地的地震响应具有明显的差别,而目前对于深厚饱和软土场地中透镜体对地震响应的影响还鲜有研究。采用有限元-间接边界元耦合法,建立饱和场地中非线性土-结构动力相互作用模型,对深厚饱和软土场地中透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应的影响进行了系统地分析,并着重讨论了土骨架-孔隙水耦合作用的影响。研究表明,深厚饱和软土场地中的透镜体可能会明显改变上部结构的动力响应;透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应有不同程度的影响,且与干土场地中规律存在明显差异;土骨架-孔隙水耦合作用对上部结构动力响应的影响显著。     

深厚土层流固多向地震全耦合动力响应分析

根据上海地区典型土层的力学特性,拟合得到简化亚塑性边界面模型的动力计算参数,同时考虑流、固耦合以及地震多向作用的耦合,以San Fernando1971年地震记录的加速度时程曲线为输入地震波,对上海280 m深典型地层的地震反应进行了分析,得到了有意义的结果。     

工程场地土层地震反应模型实例分析

在给定基岩地震输入的情况下计算实际场地土层不同深处的地震动反应谱,然后修改实际土层模型参数,在考虑土层厚度和软弱夹层变化的情况下进行地震反应分析,得出一些有意义的结论。     

土层随机地震反应分析中侧向边界的影响分析

研究了随机地震激励下土层地震反应及土-结构相互作用分析中有限土域的取值范围对计算精度的影响。分别以基岩白噪声谱和杜修力修正基岩谱作为输入,进行了土层随机地震反应分析,探讨了自由边界、固定边界和黏弹性边界3种人工边界条件下土域的取值范围、土介质阻尼和土体长深比（L/H）对土层随机地震反应的影响,给出了侧向人工边界合理位置的具体建议。在此基础上,选取土体的合理边界范围,建立土-结构相互作用分析模型,分别以基岩白噪声谱、杜修力修正基岩谱以及实测地震波功率谱作为输入,进行了土-结构相互作用体系随机地震反应分析,计算结果验证了侧向人工边界取值在土-结构相互作用体系随机地震反应分析中的有效性。     

颗粒-流体耦合算法与饱和土不排水剪切特性研究

在颗粒流方法 PFC~(3D)的基础上发展了颗粒-流体耦合模型。在耦合模型中引入了孔隙度,其可考虑孔隙结构的可变性,并开发了可以考虑孔隙水压力和孔隙结构变化的颗粒-流体耦合计算程序。在此基础上模拟了饱和土的不排水剪切试验,与北京黏质粉土的试验数据及常体积模拟方法进行了对比。结果表明:采用颗粒-流体耦合方法计算得到的结果和常体积法计算结果与北京黏质粉土的试验结果相比均是一致的,验证了耦合算法的可靠性;分析比较了相同计算条件下耦合方法和常体积法计算得到的偏应力及径向应变曲线,研究了不同围压下试样的不排水剪切特性。颗粒-流体耦合计算结果表明:饱和土不排水剪切过程随着围压升高,孔隙水压力和偏应力均升高,而应力比曲线变得平滑,应力比有所降低。     

超深桩基础的有效应力地震反应有限元分析

采用有效应力动力分析方法,通过三维有限元数值分析手段,对某长江大桥索塔超深钢围堰加钻孔灌注桩基础进行了地震反应性状分析,对超深桩基础的震陷、地震反应加速度及振动孔隙水压力等动力特性进行了研究。计算结果表明：在地震作用下,桩基发生了较大永久变形,水平位移表现为桩侧土体向桩挤压,桩下部土体向外运动;桩侧附近的地震振动孔隙水压力较小,液化度也较小,相对于天然地基,桩基有较好的抗震性能;桩基础在桩顶部位动力反应相对较大,且边桩的动力反应比中桩的动力反应要大。     

边界条件对土层粘弹性地震反应的影响

边界条件是土层粘弹性地震反应必须考虑的问题。对于地表面，一般作为自由边界，而对于地下深处基岩面，边界条件有两种处理方法：一是静止边界，二是非静止边界的。首先给出了在时间域内单层地基一维土层粘弹性地震反应封闭解析解，然后从理论上分析边界条件对土层粘弹性地震反应的影响，认为采用静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程符合天然地震记录形式，而采用非静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程初始阶段出现较大幅度的振荡现象，随着土层厚度增加，这种振荡现象逐渐减弱直至消失。当土层阻尼较小或剪切波速增长时，振荡现象加剧；当土层阻尼比较大或剪切波速减小时，振荡现象减弱。此外，采用非静止边界进行土层地震反应计算，表现出随着土层厚度的增加，土层对基岩输入地震动的放大作用逐步转化为吸收作用。     

指数函数剪切模量土层的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型[1],对剪切模量为其深度的某一指数函数的成层非均质土层,推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性,利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱,研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算表明：(1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下,土层的最大期望反应,均有别于过滤白噪声谱时的相应值。(2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

黄河三角洲饱和地基土地震响应数值分析

根据黄河三角地区特殊土层的力学性质,以天津波水平向加速度时程曲线为输入地震波,在3 %,10 %和63 %三种超越概率情况下,对黄河三角洲20 m深度土层的地震反应进行数值分析,研究了孔压和动剪应力的变化。与室内动三轴试验得到的破坏孔压和动剪应力进行比较,判断土层的液化破坏情况。研究结果表明,在3 %超越概率下大部分地层均液化,在10 %超越概率下少部分地层被破坏,在63 %超越概率下大部分地层均不液化。采用破坏动剪应力比和破坏孔压比的判别结果相吻合。     

Seismic response analysis of the deep saturated soil deposits in Shanghai

The quaternary deposits in Shanghai are horizontal soil layers of thickness up to about 280 m in the urban area with an annual groundwater table between 0.5 and 0.7 m from the surface. The characteristics of deep saturated deposits may have important influences upon seismic response of the ground in Shanghai. Based on the Biot theory for porous media, the water-saturated soil deposits are modeled as a two-phase porous system consisting of solid and fluid phases, in this paper. A nonlinear constitutive model for predicting the seismic response of the ground is developed to describe the dynamic characters of the deep-saturated soil deposits in Shanghai. Subsequently, the seismic response of a typical site with 280 m deep soil layers, which is subjected to four base excitations (El Centro, Taft, Sunan, and Tangshan earthquakes), is analyzed in terms of an effective stress-based finite element method with the proposed constitutive model. Special emphasis is given to the computed results of accelerations, excess pore-water pressures, and settlements during the seismic excitations. It has been found that the analysis can capture fundamental aspects of the ground response and produce preliminary results for seismic assessment.     

深厚场地大型桥梁桩基础随机地震反应及可靠性分析

以苏通长江大桥主墩特大型群桩基础为研究背景,考虑地震动的不确定性,将地震激励作为平稳随机过程,采用随机地震反应分析方法,对深厚场地上群桩基础受上部桥墩荷载下的地震反应进行研究。土体动力非线性性能采用等效线性化方法考虑。由于桥墩惯性作用以及软土土层对桩身位移的约束作用,地震激励下桩身位移呈三角形分布。土体位移与土体和基础间距离有关,桥墩-桩-土相互作用对基础两侧1.5倍基础宽度的土体位移有较大影响。桩体内力反应结果表明,桩顶及桩身上部剪力及弯矩均较大,边桩剪力显著大于中间桩剪力。此外,基于强度破坏准则,对以桩身屈服剪力作为控制指标的群桩基础动力可靠性进行了分析。     

土层非线性地震反应一维时域分析

等效线性化方法在工程中经常被用于土层非线性地震反应一维数值分析,但考虑大震作用将较大峰值加速度时程作为输入时,该方法会引起过大的“共振”效应,造成对地表地震反应的误估。为了更合理的估计非线性地震反应,提出了一种考虑拟合阻尼比、刚度比试验曲线的时域分析方法,并用于响嘡台阵场地土层地震一维非线性反应分析,通过数值模拟结果与实际记录的比较,验证了该方法的可行性。最后,通过数值模拟证明该方法对大震情况下对地表地震反应的估计比等效线性化方法更为合理。     

饱和砂土地震液化判别的可拓聚类预测方法

基于可拓学的物元模型和聚类分析原理,提出了饱和砂土地震液化判别的可拓聚类方法。选取地震烈度、震中距、砂层埋置深度、地下水位、标贯击数、平均粒径、不均匀系数和动剪应力比等8个影响因素,作为饱和砂土地震液化的评价因子,构建了经典域物元和节域物元。应用物元理论和可拓集合中的关联函数,建立预测模型,通过聚类分析得到饱和砂土地震液化的判别结果。实例研究表明,该模型能客观地反映砂土的液化规律,可拓聚类预测方法应用于饱和砂土地震液化判别是有效可行的。     

Lateral dynamic response of a pipe pile in saturated soil layer

This paper presents an analytical solution for the lateral dynamic response of a pipe pile in a saturated soil layer. The wave propagations in the saturated soil and the pipe pile are simulated by Biot's three‐dimensional poroelastic theory and one‐dimensional elastic theory, respectively. The governing equations of soil are solved directly without introducing potential functions. The displacement response and dynamic impedances of the pipe pile are obtained based on the continuous conditions between the pipe pile and both the outer and inner soil. A comparison with an existing solution is performed to verify the proposed solution. Selected numerical results for the lateral dynamic responses and impedances of the pipe pile are presented to reveal the lateral vibration characteristics of the pile‐soil system. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

苏州第四纪深厚沉积层一维等效线性和非线性地震反应对比分析

合理描述土体动力本构关系对场地设计地震动参数取值的准确性有显著影响。以苏州城区200 m深的钻孔剖面为研究对象,对比分析了一维等效线性波传分析法（ELA法）和基于修正Matasovic本构模型的多自由度集中质量非线性分析法（NLA法）给出的深厚场地地震反应,研究了基岩输入地震动特性和地震基岩面的选取对深厚场地地震反应的影响。结果表明：（1）随基岩地震动强度（PGA）的增大,ELA法给出的地表PGA呈单调递增的特征,而NLA法给出的地表PGA呈先快速增大后缓慢减小或几乎不变的趋势;（2）ELA法和NLA法给出的地表加速度反应谱（Sa谱）在短周期范围内存在明显差异,ELA法对基岩高频地震动具有显著的滤波效应,而NLA法对基岩高频地震动的影响表现为随基岩PGA的增大先放大后减小的特征;（3）随地震基岩面深度的增大,地表Sa谱的谱值呈现出稍许增大的趋势,但对周期T<0.1 s部分,NLA法给出的地表Sa谱的谱值则呈现出稍许减小的现象;（4）中、大震作用下,地表地震动持时不仅与基岩地震动特性有关,还与地震反应分析方法和地震基岩面的选取密切相关,NLA法能更合理地反映基岩地震动强度和上覆土层厚度对地表地震动持时的影响。     

巨厚沉积土夹火山岩场地非线性地震反应特性

地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对核岛场地地震效应评价结果的合理性具有重要影响。以拟建某沿海核电厂深度470 m沉积土夹火山岩层场地的3个钻孔剖面为研究对象,采用一维等效线性波传分析（ELA）法、基于Matasovic本构模型和Davidenkov-Chen-Zhao（DCZ）本构模型的一维非线性分析（NLA）法,选取不同剪切波速的5个岩土层作为地震基岩,研究了输入地震动特性、地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对巨厚沉积土夹火山岩层场地非线性地震反应特性的影响。结果表明：（1）以浅层硬岩夹层或深部土层作为地震基岩,NLA法计算的5%阻尼比的地表谱加速度SA的短周期部分较之ELA法的计算值大,但两者计算的地表SA谱的长周期部分几乎一致;（2）基于Matasovic模型和DCZ模型的NLA法计算的地表SA谱谱形和峰值加速度随深度的变化趋势基本一致;（3）从NLA法计算的地表峰值加速度和累积绝对速度而言,以剪切波速约2 500 m/s的浅层硬岩夹层作为地震基岩是适宜的。