基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

砂土震陷分析中多维地震荷载等效循环周数计算

借助有限元数值方法模拟不同砂土试样在多向和单向地震荷载输入条件下的动三轴试验,选取覆盖大震、中震、近场、远场及不同土质条件的155组多向地震输入时程对不同砂土试样分别进行单向和多向加载,建立考虑多向地震荷载作用的等效循环周数计算方法,并研究震级、震中距和砂土特性对等效循环周数比的影响。研究表明,震级和震中距对等效循环周数比影响不明显,砂土特性对等效循环周数比的影响具有主导作用,砂土相对密度为45%、60%、80%和100%时,其对应的等效循环周数比均值分别为1.58、1.75、1.93和2.08,相对密度越大,比值越大,结合该比值,可以较好地应用文中提出方法进行多维地震荷载等效循环周数计算。     

考虑软土层参数变化时震陷量的计算

软土层在发生震陷过程中,厚度和孔隙比随着震动的持续会不断变化,每一次加荷后,软土层都会因为压缩而厚度减小,相应孔隙比也会减小;而且震陷量的大小与软土层的排水条件也有着密切的关系,在考虑软土层参数变化及上下相邻土层的排水条件后,利用震动固结原理,提出了震陷量的计算方法,并利用该方法对唐山沿海地区的软土层在1976年地震中的震陷量进行了计算,结果表明震陷量Ⅶ度区在27.4~111mm之间,Ⅷ度区在114~671 mm之间,Ⅸ度区在463~1315mm之间.据震后实测的地面垂直形变资料显示,沿海地区地面沉陷量Ⅶ度区一般在25~100 mm之间,Ⅷ度区一般在100~500 mm之间,Ⅸ度区一般在500~1551 mm之间.结果表明,计算结果与实测结果大致吻合.     

关于剪切波速判别饱和砂土层震动液化方法的改进

针对目前剪切波速判别饱和砂土层震动液化方法中存在的问题,提出了结合场况条件计算临界剪切波速的改进式。实例应用表明改进方法更具有合理性。     

砖房震陷计算分析

本文就4～6层砖房的震陷进行了计算分析,着重研究烈度、软土层厚度和层位的影响,确定了可不考虑震陷影响的临界值和加固范围。     

软弱地基土层震陷简化计算方法研究

基于震陷宏调调查资料，土力学中的分层总和法及软化模型概念，编制了震陷简化分析程序，计算结果与宏观现象和二维有限元法计算结果十分接近，可供工程部门使用。     

考虑地震环境的人造地震动合成方法

本文将经验格林函数法和人造地震动反应谱拟合技术有机地结合起来,提出了一种新的人造地震动方法。利用已有的场地附近的小震记录合成可能发生的大震地面运动,以此作为人造地震动的初始值,通过反复调整初始加速度的傅氏幅值谱来拟合给定的目标反应谱,以得到满足精度要求的人造地震加速度时程。本文方法可以考虑地震环境和局部场地对地震动的影响。所合成的地震加速度时程具有时间强度和频率含量的非平稳特征,并且不需要人为规定强度包线。     

合成地震动方法用于研究强地震动长周期特性的探讨

合成地震动一直是地震学研究中一个非常跃的领域。针对２长周期结构物抗震设计缺少宽频带强震记录的现状,利用“反射率法”和“围道积分法”等合成地震动方法对地震动长周期特性进行了探讨。结果表明：合成地震动方法是研究地震动长周特性的一个有效方法;在地震动长周期成份中,面波起着重要作用。因此长周期结构物的抗震设计必须考虑面波的影响。     

地震波类型对砂土震陷影响的数值模拟分析

地震波是一种随机的、不规则作用的动荷载脉冲,可分为振动型和冲击型。不同类型的地震波会对砂土液化和变形等产生重要影响,而传统的砂土震陷计算方法往往忽视这种因素,只考虑最大加速度幅值。通过编写UMAT子程序,在非线性有限元软件ABAQUS中开发亚塑性砂土边界面模型,对不同地震波类型下不同相对密度的砂土进行动单剪试验模拟,得到一系列砂土剪应变及竖向应变的时程曲线,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明:在同一工况下,同类型的地震波引起的砂土竖向应变相近,不同类型引起的竖向应变差异明显;振动型地震波比冲击型引起的竖向应变更大。     

地震荷载下饱和砂土孔压增长时程计算方法

本文采用逐波累计方法,依据适于不同固结条件的孔压增量模型,计算每一应力循环的孔压变化,可给出非均等固结复杂情况下孔压实时增长过程。采用不同固结比两种砂进行若干典型地震荷载动三轴液化试验,试验结果与所提方法的计算结果有良好对应关系,表明本文方法可有效地描述地震荷载作用下非均等固结饱和砂土孔压增长过程。     

饱和砂土液化特性的振动台试验研究

基于地震模拟振动台试验,配制3组不同平均粒径和3组不同细粒含量的6个砂土模型,通过埋置于砂土内部的传感器监测模型内部不同位置的超孔隙水压力等指标,分析砂土模型内部的超孔隙水压力时程曲线及孔压比时程曲线,归纳出地震波加载峰值、砂土平均粒径、细粒含量及埋置深度等因素对饱和砂土液化特性的影响规律。试验结果表明:随着地震波加载峰值的增大,砂土模型液化程度逐渐增大,液化势逐渐增大,抗液化强度逐渐减小;随着砂土埋置深度的增加,砂土细粒含量的增加,砂土平均粒径的增加,砂土模型液化程度逐渐减小,液化势逐渐减小,其抗液化强度逐渐增大。同时,试验结果还表明,砂土液化各影响因素对砂土液化的影响程度依次为地震波强度＞砂土埋置深度＞砂土平均粒径、细粒含量。试验结果可为后续数值模拟的参数选取提供支持,为研究其他因素对砂土液化的影响提供参考。     

近场强地震动数值模拟的简化计算方法

近场强地震动除受场地条件的影响外,还受到震源破裂面上子源的空间分布特点、子源破裂先后顺序的强烈控制,基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法可以综合考虑震源、传播途径及局部场地条件的影响,对计算过程进行合理简化,分2步完成地震动模拟:第1步,在介质均匀区采用矩张量的解析解计算所有子源在盖层底面的位移,形成下一步有限元计算的输入场;第2步,在盖层介质不均匀区,结合局部人工透射边界技术,采用时、空解耦的波动显式有限元方法计算地表强地震动。在有限断层模型中,采用具有9个力偶的等效地震矩张量表达断层产状、滑动方向等的影响,采用Brune模型定义各子源的滑动时间函数,描述滑动的时、空不均匀分布特征,从而细化震源模型。通过对Northridge地震中4个基岩台站地表地震动的模拟结果和强震记录,验证了此简化计算方法的可行性     

地震动相位特性的研究

本文首先从理论上确立了地震动的相位谱和相位差谱的定量关系,指出了相位谱与相位谱主值的本质差别,说明了地震动的相位信息是构成地震动强度和频率非平稳特征的主要因素。在改进量度地震动相位谱方法的基础上,从理论上阐明了在工程上感兴趣的地震波宽频带内,地震动相位谱和幅值谱一样具有规律性。本文的工作表明目前模拟低频地震动的工程方法尚需改进。     

考虑震源破裂方向的地震动衰减模型

本文基于Haskell的3源辐射谱模型,加上介质非弹性吸收项,几何扩散项和自由面放大效应,推演出峰值加速度和均方根加速度表达式。据此,建议一种考虑震源破裂方向的地震动衰减模型。用Morgan Hill和Imperial Valley两地震的峰值加速度资料,单震级统计分析结果表明,文中建议的地震动衰减模型是合理的。与Joyner和Boore所用的衰减模型相比较,剩余标准差可减少0.1——0.2。本文所考虑的震源破裂的地震动衰减模型,可分别用于不同断层类型的地震,如单侧和双侧走滑型地震及倾滑型地震,分别建立地震动衰减关系,进行地震危险性分析。文章最后给出了美国西部考虑震源破裂方向的地震动峰值加速度和均方根加速度的衰减关系。      

基于三轴试验的软土震陷简化计算方法研究

本文通过对天津滨海新区典型软土的静、动力学试验,分析了软土残余应变的变化规律,提出了结合地区震陷经验系数的软土震陷简化计算方法,并利用1976年唐山7.8级地震中天津塘沽地区软土震陷观测资料对计算方法进行了验证。结果表明,本方法用于估算自由地表震陷量是可行的,对中小工程中软土震陷量的估算具有一定的参考价值。     

砂土震动液化势评定中的模糊数学方法

本文利用二维信息分配概念及模糊近似推论公式对砂土震动液化势进行了定量研究。文中利用日本学者时松孝次收集的世界各地100个地点的砂土震动液化势资料建立了应力比(τd/σ_0~1)、修正标准贯入击数(N_1)和砂土震动液化势之间的模糊关系(R),并结合作者收集的45个地点的砂土震动液化势资料对该方法进行了验证,其成功率达82%达到了今人满意的程度。     

软土震陷计算中若干问题的讨论

本文就软土震陷和砂土液化危害性分析中的三个问题进行了讨论,即具条形基础建筑物的有限元划分、土壤初始模量和静动应力不同的组合对计算震陷值的影响。文中指出,在震陷试验和计算中存在着测试误差和各种假定,但是,由于采用了修正系数,这些不合理性在一定程度上均得到了补偿。     

与观测方向无关的水平地震动参数计算方法

强震动记录的使用通常不考虑观测方向对于水平地震动参数计算的影响。文中以2008年汶川Ms8.0级地震中绵竹清平台获取的强震动记录为研究对象,对记录进行水平向旋转以模拟观测方向的变化,分析水平向峰值加速度PGA、峰值速度PGV、相对持时DR、绝对持时DA及谱加速度PSA随观测方向的变化情况。结果表明,PGA、PGV及PSA的计算较大依赖于观测方向,而DR和DA则受观测方向影响较小。为此文中提出了一种与观测方向无关的水平地震动参数计算方法,对于计算诸如PGA、PGV等与周期无关的地震动参数时不考虑周期独立;而对于计算诸如PSA等与周期有关的地震动参数时考虑周期独立。     

计算地震动长周期反应谱的转换模型和方法

为减小长周期反应谱的计算误差,本文提出一个计算长周期反应谱的转换模型和与之相应的精确计算方法。该模型以地震动的速度和位移为输入荷载,有利于对荷载信号中的长周期噪声进行有效的控制,能够有效提升长周期地震动反应谱的计算精度和可靠性。