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.     

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(υs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0．35m／s^2、0．70m／s^2和0．98m／s^2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(υs≥500m／s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论：(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m／s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取υs≥500m／s^2的土层或基岩面作为地震动输入界面。     

含软弱夹层土深厚场地输入界面的确定

为研究含软弱夹层土深厚场地输入界面的确定方法,在一个场地剖面的基础上,另外构造了一个特殊场地剖面,计算了两个剖面在6个强度的地震动输入下,输入界面选择在不同位置时的峰值加速度A_(max),特征周期T_g和反应谱平台值α_(max),分析了两种土层剖面的地表地震动参数对输入界面改变的敏感性。结果发现特殊场地的敏感性较差,输入界面深度相差44.4m,剪切波速相差111m/s,但得到A_(max)、T_g和α_(max)相差不到10%、12%和8%,所以深厚的特殊场地在确定输入界面时,可以适当放宽对输入界面深度和剪切波速的要求,可满足一般工程的精度要求。     

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。     

输入界面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,选取不同深度的岩层位置作为地震动输入界面,构造多种场地土层模型,选择Taft、Kobe和E1centro 3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重点分析了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。研究结果表明,随着输入界面深度的增加,场地地表的峰值加速度逐渐增加,且增加的幅度呈逐渐减小的趋势,但输入界面深度对地表加速度反应谱特征周期的影响较小;输入界面剪切波速值对反应谱特征周期影响有限,但对地表峰值加速度影响较为显著,地表峰值加速度随着输入界面剪切波速的增大而增大,且两者的增幅呈现近似的线性关系。     

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分析——以Ⅲ类场地为例

本文选取山东地区2个Ⅲ类场地的工程地质勘探及土层剪切波速等资料,将土层厚度按5个深度段,每个分段给出了4个土层剪切波速的改变量,通过改变不同深度段土层剪切波速,建立了19种土层地震反应分析模型,分析了不同深度段,不同概率水平下土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究表明,不同深度段土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响有差异。具体表现为,土层剪切波速的改变在1—10m、11—40m和地震输入界面处三个深度段对地震动加速度峰值影响较大;其中,41—70m和71—100m两个深度段剪切波速的改变对地震动加速度峰值影响小;在土层深度1—10m时,剪切波速降低,峰值变大,剪切波速的改变与峰值的改变呈负相关;在其它深度段,剪切波速降低,峰值变小,剪切波速的改变与峰值的改变呈正相关。剪切波速的改变在1—10m和11—40m两个深度段对地震加速度反应谱影响较大;在41—70m、71—100m和地震输入界面三个深度段对地震加速度反应谱影响很小。     

地震动输入界面处剪切波速对加速度峰值的影响

利用目前工程上广泛应用的一维土层地震反应计算程序对成都平原某典型卵石场地剖面进行了计算,得到了不同输入地震强度下的加速度峰值随输入界面处剪切波速增大的变化规律。结果表明,无论是地表加速度峰值,还是地下5m处的加速度峰值,在相同的地震动输入强度下,均随着输入界面处剪切波速值的增大呈对数形式增大。且在小震输入下的增加速率最快,中震输入下的增加速率次之,大震输入下增加的速率最慢。当地震动输入界面处剪切波速值从500m/s增加至800m/s时,加速度峰值均增大20%以上,最大达到32%。统计得到的二者间的经验关系式,可作为本地区具有相似场地条件工程换算加速度峰值的经验公式,为工程抗震设计人员提供参考。     

地震反应分析中输入界面的选取对地表地震动参数的影响

地震反应分析中输入界面选取合理与否对设计地震动参数有重要影响。基于唐山地区钻孔剖面,分别选取剪切波速为500m/s的硬黏土和800m/s的岩石顶面作为基岩输入界面,采用一维等效线性化方法讨论中硬场地输入界面的选取对地表地震动参数的影响,结果表明:(1)地表峰值加速度放大倍数及地表加速度反应谱特征周期都随输入界面深度的增加而递增,且这种递增与输入地震动的强度及频谱特性都有密切联系;(2)随着输入界面深度的增加,地表加速度反应谱几乎全频段内增大,仅在短周期内出现减小的情况,但幅度十分有限;(3)中硬场地地震反应分析中基岩输入界面宜取剪切波速为800m/s的土层顶面。     

核电厂软岩地基地震反应研究

软岩作为核电地基的适宜性问题主要集中在软岩的地震稳定性分析方面,目前我国还没有成熟的计算方法。论文以某核电项目的现场波速试验和室内动力学试验为基础,获得软岩动力学指标,采用一维等效线性化分析方法对核电软岩场地进行了地震反应分析,得到了初步的地震反应结果。在此基础上,综合前人研究所取得的部分成果,对不同剪切波速区段(350 m/s~950 m/s)的软岩,进行了地震反应计算并进行了归纳,进一步验证了软岩对地震波传播的影响规律,并对地震输入界面进行了探讨,提出对重大工程,取剪切波速850 m/s作为地震输入界面。     

剪切波速不确定性对地表反应谱平台值的影响

剪切波速不确定性对场地地震反应具有显著的影响。基于不同场地类别的228个实际工程场地剖面,采用一维等效线性化波动分析程序LSSRLI-1。研究了不同地震动输入下土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响;提出了用地表反应谱平台值变化率表征剪切波速的不确定性引起的地表反应谱平台值的相对改变量;建立了地表反应谱平台值变化率与剪切波速变异率之间的函数关系;建议了考虑土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值影响的修正公式,并给出了相应的修正系数,所得到的成果为工程抗震设计定量考虑剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响提供了科学依据。     

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.     

Influence of random heterogeneity of shear wave velocity on sliding mass response and seismic deformations of earth slopes

Soil shear wave velocity has been recognized as a governing parameter in the assessment of the seismic response of slopes. The spatial variability of soil shear wave velocity can influence the seismic response of sliding mass and seismic displacements. However, most analyses of sliding mass response have been carried out by deterministic models. This paper stochastically investigates the effect of random heterogeneity of shear wave velocity of soil on the dynamic response of sliding mass using the correlation matrix decomposition method and Monte Carlo simulation(MCS). The software FLAC 7.0 along with a Matlab code has been utilized for this purpose. The influence of statistical parameters on the seismic response of sliding mass and seismic displacements in earth slopes with different inclinations and stiffnesses subject to various earthquake shakings was investigated. The results indicated that, in general, the random heterogeneity of soil shear modulus can have a notable impact on the sliding mass response and that neglecting this phenomenon could lead to underestimation of sliding deformations.     

回填土不确定性对场地地震反应的影响

选取某核电场地控制性钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变回填土剪切波速,分析了回填土不确定性对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在回填土层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表的水平向峰值加速度随着回填土剪切波速的增大而减小,但水平向峰值加速度增幅逐渐减小;回填土剪切波速到达一定的波速就不再影响地表水平峰值加速度;随着回填土剪切波速的增加,整个反应谱的谱值都普遍减小。     

Centrifuge modeling of seismic response of layered soft clay

Centrifuge modeling is a valuable tool used to study the response of geotechnical structures to infrequent or extreme events such as earthquakes. A series of centrifuge model tests was conducted at 80g using an electro-hydraulic earthquake simulator mounted on the C-CORE geotechnical centrifuge to study the dynamic response of soft soils and seismic soil–structure interaction (SSI). The acceleration records at different locations within the soil bed and at its surface along with the settlement records at the surface were used to analyze the soft soil seismic response. In addition, the records of acceleration at the surface of a foundation model partially embedded in the soil were used to investigate the seismic SSI. Centrifuge data was used to evaluate the variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude and confining pressure, and to assess their effects on site response. Site response analysis using the measured shear wave velocity, estimated modulus reduction and damping ratio as input parameters produced good agreement with the measured site response. A spectral analysis of the results showed that the stiffness of the soil deposits had a significant effect on the characteristics of the input motions and the overall behavior of the structure. The peak surface acceleration measured in the centrifuge was significantly amplified, especially for low amplitude base acceleration. The amplification of the earthquake shaking as well as the frequency of the response spectra decreased with increasing earthquake intensity. The results clearly demonstrate that the layering system has to be considered, and not just the average shear wave velocity, when evaluating the local site effects.     

水库气枪震源产生的S波及其分裂

人工气枪震源在陆地水库可以有效激发S波,S波能量较强,与ML1.6天然地震相当。气枪可用于S波分裂研究,对布置在燕山隆起带的流动地震台的气枪信号进行了S波分裂参数分析,结果表明,快剪切波偏振优势方向为NWW和NNE向,偏振方向和断裂的性质密切相关。气枪是高度可重复性人工震源,利用气枪定点激发和定点接收有可能精确获取S波分裂参数随时间的变化规律,为地震预测探索实践提供可靠的物理途径     

Effect of preloading on the amplification characteristics of soil profiles

Preloading is a temporary loading, usually an embankment, applied to improve subsurface soils by densification. This paper studies the effect of preloading on the amplification characteristics of soft sites with an elaborate parametric analysis. The soil type, the depth of the bedrock, the water table depth, the level of preloading, the applied earthquake, the shear wave velocity of the bedrock and the shear modulus and damping versus shear strain relations were varied in a systematic manner. The analysis was performed by the commonly used one-dimensional equivalent-linear dynamic method. The shear wave velocity versus depth and the effect of preloading on shear velocity are computed with well-established soil mechanics equations. The results illustrated that the seismic response at the top of the profile generally decreases as a result of preloading. A more detailed analysis of results shows that the effect of preloading on the seismic response depends on the soil type and the depth of the bedrock. Based on these results, a method is proposed by which a practicing engineer involved with improvement of soft ground can simulate the effect of preloading on the seismic motion.     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉（Aribitrary Lagrange-Euler,ALE）描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应（Fluid-structure interaction,FSI）的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明：流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

Analysis on the Seismic Response of Soil Slopes Based on the Multi-point Input Method

In general, the seismic response analysis in earthquake engineering assumes that the vibration parameters of the target and the contact surface of the external media are identical, i. e., single point input. However, earthquake energy has an attenuation phenomenon in wave propagation, so a wide range of soil slopes and the external medium contact surface of different input points on motion are not identical. If we consider single point input only, it may not correspond with reality, so it is necessary to carry out research on multi-point input methods. Based on the 2-D slope model, single-point input and multi-point input are performed respectively to analyze and compare their similarities and differences in the perspectives of the characteristics of seismic response of soil layer and plastic zone distribution to provide a reference for the seismic design of slopes. The results show that in the perspective of soil seismic response analysis, the peak acceleration output and peak velocity output under multi-point input are greater than the peak values under single point input at the same monitoring point, the peak appearing time is also earlier than that of the single point input; in terms of the plastic zone distribution, the multi-point effect is manifested as the presence of more obvious tensile shear failures; in the perspective of safety coefficient, the safety coefficient under each multi-point input is smaller than that of single point input, a difference of about 7% or so. In summary, multi-point input is more reasonable and practical than single point input, so multi-point input should be considered in seismic design.     

苏通大桥南引桥场地土层地震反应的数值分析

针对苏通引桥建设的实际背景和软弱地基的特点,利用二维有限元整体分析法,对其场地进行了地震反应数值分析。采用等效线性化模型描述土的非线性性质,研究了基岩在一致输入及采用不同行波输入下的场地地震反应特点。计算结果表明,不同的行波速度和行波输入方向,对地表加速度以及相对位移的峰值和相位均有不同程度的影响,对于重要结构来说进行多点地震波输入下的地震反应分析,有助于科学合理地确定结构的地震动输入模式。