深软场地大地震远场地震动反应特性分析

采用等效线性方法考虑土的动力非线性特性,利用一维波动模型分析了深软场地的地震反应特性,结果表明,与输入苏州人工地震波时的计算结果相比,大地震远场地震动作用时,深软场地的地表水平向峰值加速度明显增大,规准反应谱的特征周期值显著增大,地表设计地震动的水平地震影响系数值明显增大,且两者的差异随输入地震动峰值加速度的增大而增大;当土层剪切波速的变异性由+10%变化到-10%时,地表水平地震影响系数曲线平台值有降低的趋势,规准反应谱的特征周期略有增大,且-10%的变异性对水平地震影响系数的影响要比+10%的变异性的影响显著;土体动剪切模量比和阻尼比均有变异时对地表设计地震动参数的影响较大,且土的阻尼比由-2δ到+2δ变异时,地表水平向峰值加速度和地震影响系数平台值有减小趋势。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

确定大跨连续刚构桥地震动输入时程方法比较

以上海某大跨度连续钢构桥梁的场地为例,讨论动水压力对河谷场地土层地震响应的影响,通过对建筑结构抗震规范反应谱生成时程,采用一维、二维模型分别计算得到场地地震动输入时程。对比可以看出,考虑动水压力将会大大减小场地的竖向地震动反应,而动水压力对水平向的地震响应影响不大;反应谱生成时程的方法与一维模型计算得到的时程均与采用考虑场地地形变化的二维模型的计算结果有较大的区别;二维模型计算得到的时程反应谱的卓越周期超出规范反应谱的平台段。最后,讨论了河谷场地对周围场地的影响范围,结果表明河水及河谷对周围场地水平方向的影响范围是沿河谷外侧5倍土层深度或140倍河谷深度,在该范围内的建筑物均应考虑河谷的影响。     

固结比对砂土动剪切模量及地表反应谱的影响

采用共振柱试验方法,研究了固结比对砂土最大动剪切模量以及对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响。通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。对福建标准砂和哈尔滨砂进行了系统试验,提出了计算不同固结比砂土最大动剪切模量的建议公式,公式显示固结比kc>1、最大动剪切模量较kc=1时的增长程度明显比Hardin公式要大。同时,给出了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及其对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对砂土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响。随着固结比增加,模量比非线性关系曲线有一定提高,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

考虑土体动力特征参数相关性的工程场地随机地震反应分析

研究等效线性化方法中土体动力参数不确定性对场地地震反应的影响,提出了可考虑土体动力特征参数间相关性的土体动剪切模量和动阻尼曲线随机样本生成方法,基于Matlab开发一维等效线性化场地地震反应分析计算程序,用于开展场地地震反应随机动力分析。以Ⅱ类成层场地为例建立一维自由场分析模型,采用不同地震设防水准下露头基岩场地加速度反应谱为目标反应谱,合成人工地震记录折半后作为场地下卧基岩处的输入。计算结果表明,考虑土体动力特征参数不确定性对场地地震反应具有较大的影响,且影响程度与地震动强度、频谱成分及场地基本周期均密切相关;场地最大峰值加速度和地表加速度反应谱的波动范围随地震动强度等级的增加而变大,且最大峰值应变和最大峰值加速度的波动范围可达10%和14%;目标反应谱平台段及场地基本周期处对应的场地地表加速度反应谱的波动范围超过20%。     

青藏工程走廊多年冻土场地地震动加速度峰值特征研究

根据青藏工程走廊北麓河及楚玛尔河场地地震危险性分析结果,合成年超越概率为1.97%、1.00%、0.21%、0.10%、0.04%、0.02%的人造基岩地震波作为输入地震动,结合场地钻孔剖面及波速资料,和已有的冻土动力学研究成果,建立一维模型,通过等效线性化方法进行场地地震反应分析计算,研究了青藏工程走廊多年冻土场地地震动加速度峰值特征及影响因素.研究结果表明,北麓河场地与楚玛尔河场地的人造基岩地震波峰值及持时均存在显著差异,北麓河场地峰值大、持时短,以近震影响为主,楚玛尔河场地峰值小、持时长,以中远震影响为主;多年冻土区场地,夏季场地地震动加速度峰值显著大于冬季,活动层融化对场地地震动加速度峰值有明显的放大效应;冬季场地冻结后,场地地震动加速度峰值随冻土波速增大而减小,最大减小幅度为6.1%,随动剪切模量比减小、阻尼比增大而减小,最大减小幅度为8.9%.活动层的融化有利于放大场地地震动加速度峰值,重大冻土工程抗震设防应予以重视.     

核岛结构设计地基场地及计算基底效应研究

针对新型核电工程结构AP1000核岛结构设计地基中的5类非坚硬岩场地,即硬岩场地、软岩场地、上限软-中等土场地、软-中等土场地和软土场地,采用一维土层场地模型开展场地土和计算基底条件对设计地震动影响计算分析。分析中,场地模型的计算基底剪切波速分别取为700、1 100、2 438 m/s,计算基底输入地震动分别选择基于核电建设相关技术文件和规范规定的反应谱RG1.60谱、AP1000谱和HAD101/01谱（5个阻尼比）合成的人工地震动时程。计算分析表明：非坚硬岩场地会导致场地地震动峰值加速度及频谱特性显著变化,场地越软影响程度越显著;除软土场地外,场地对地震动峰值加速度和反应谱的影响均为放大作用,软土场地对地震动较低频段反应谱有放大作用,但对峰值加速度和较高频段反应谱具有强烈的减小作用;对于各类场地,计算基底及其剪切波速的变化均会导致地表地震动峰值及频谱特性明显甚至显著变化,其影响程度与计算基底剪切波速成正比;随着场地由硬变软,计算基底剪切波速的变化对场地地震动的影响程度大为减小,至软土场地几乎不产生影响。考虑到场地类型及计算基底选取对场地地震动的显著影响,我国核电厂建设引用AP1000标准设计时应合理分析场地的适宜性。     

表层土剪切波速的不确定性对地表设计谱平台值的影响

土层剪切波速对地表反应谱有重要的影响。选取构建了不同场地类别的235个场地地震反应模型,人工合成了12条强弱及频谱特性不同的加速度时程,运用一维土层地震反应的等效线性化波动方法,研究了不同地震动输入下表层土剪切波速的不确定性对设计谱平台值的影响,统计给出了表层土剪切波速的变异率与地表设计反应谱平台值间的经验公式。结果表明:地表设计反应谱平台值与表层土剪切波速的变异率呈负相关关系,即随表层土剪切波速变异率的增大而减小;不同地震波输入条件下各类场地类别地表设计谱平台高度与表层土剪切波速变异率的数学模型为一阶指数函数。     

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。     

断层穿越斜坡场地效应分析:以绵竹九龙镇山前斜坡为例

2008年汶川MS8.0强震中频繁出现断层穿越的地震滑坡,除发震断层的地震特性外,其自身场地效应也会影响斜坡动力响应,甚至加剧斜坡失稳。本文以汶川极震区绵竹九龙镇山前斜坡为典型实例,根据余震作用下斜坡不同高程实测地震记录及地脉动测试结果,通过单点谱比法(H/V),获得斜坡地震动加速度随高程的放大系数和地脉动的频谱特征曲线,通过曲线对比分析发现: 1)斜坡两次典型余震PGA放大系数随高程先减小后增大,呈明显的凹形特征,凹形部位位于断层位置,其PGA放大系数约为斜坡底部测点0.4~1.0,坡顶测点的PGA放大系数则达到1.0~2.0倍。由于PGA放大系数是在断层位置出现的明显拐点,从地质上表明了断层场地效应明显; (2)各点NS/UD谱比普遍大于EW/UD谱比。断裂区域卓越频率为低频1Hz,小于其他测点的频率,对应谱比最大值高达3.0~4.0,高于其他测点谱比最大值。说明地表破裂处岩土体松散破碎,导致断层处的卓越频率较低,近场余震传播过来的高频地震波被断层隔断,地震加速度放大系数在该处发生了衰减,场地效应显著。本研究有助于增强断层场地对斜坡动力响应影响的认识。     

海洋沉积土动剪切模量与阻尼比的试验研究

动剪切模量和阻尼比是工程场地地震安全性评价及地基动力反应分析的重要动力学参数。为评价某海域海洋土的动力学特性,对10.3～84.2 m深度范围内的海底淤泥质粉质黏土、粉砂及细砂开展共振柱试验。利用双对数模型建立了最大动剪切模量随上覆压力的递增关系。研究发现,现有规范的剪切模量比与阻尼比的推荐取值并不适用于海洋沉积土,即使考虑借鉴以往研究成果也必须将其限制在一定的应变范围,并应考虑土体的天然应力状态取值。利用马丁-达维登科夫（Martin- Davidenkov）模型及阻尼比与剪应变的经验关系建立了剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化规律,并由此提出了适用于海洋沉积土的5×10-6～10-3应变范围内剪切模量比及阻尼比的推荐值。研究成果可为海洋工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。     

Dynamic Properties of Soft Clay and Loose Sand from Seismic Centrifuge Tests

Appropriate evaluation of shear modulus and damping characteristics of soils subjected to dynamic loading is key to accurate seismic response analysis and soil modeling programs. Dynamic centrifuge experiments were conducted at C-CORE (Memorial University of Newfoundland) centrifuge center to investigate the dynamic properties and seismic response of soft clay and dry loose sand strata. Soft clay with shear strength of about 30 kPa and well graded silica sand at about 35% relative density were employed in a rigid container to simulate local site effects. Several earthquake-like shaking events were applied to the model to evaluate variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude and confining pressure, and to assess their effects on site response. The estimated modulus reduction and damping ratio were compared to the predictions of empirical formulae and resonant column tests for both soft clay and loose sand. The evaluated shear modulus and damping ratio were found to be dependent on confining pressure in both soil types. Modulus variation in both soils agreed well with the empirical curves and resonant column test results. However, the sand modulus values were slightly higher than the empirical relations and resonant column tests. This discrepancy is attributed to higher stress and densification of sand during large amplitude shaking applied to the model. The damping ratio at shear strains lower than 0.5% was in reasonable agreement with the empirical curves and the resonant column tests in both clay and sand models, but was generally higher at shear strain larger than 0.5%.     

应力比与含水状态对松散堆积体动力参数及地表反应谱的影响

动剪切模量Gd与阻尼比D是岩土体地震反应分析的两个主要参数,而初始状态是动力参数主要影响因素之一。通过大型动三轴试验,研究了应力比与含水状态对松散堆积体Gd与D的影响。试验结果表明,应力比Kc对松散堆积体最大动剪切模量Gdmax有重要影响,一定范围内（Kc=1～3）,Kc越大,最大动剪切模量Gdmax越大,在Hardin公式基础上发展了一个考虑Kc影响的经验公式。对比松散堆积体饱和与风干两种状态的Gd/Gdmax-?dn（归一化动剪应变）关系曲线,发现风干状态下松散堆积体的Gd/Gdmax-?dn关系表现出更明显的非线性,另外风干状态阻尼比略大于饱和状态。应用改进的Gdmax经验公式与Gd/Gdmax-?dn关系进行了松散堆积体地表的地震反应谱分析,计算结果表明,应力比与含水状态对地表加速度反应谱有重要影响。     

考虑Gmax附加衰减的场地地震响应离心机试验数值模拟

在常规的场地地震响应有效应力分析法中,通常只考虑Gmax随有效应力和孔隙比的变化,而最新的试验研究表明,Gmax在大应变幅振动下存在附加衰减。收集了不同类型土体在大幅振动下的298组Gmax数据,拟合并给出了对应于两种Gmax附加衰减模式的计算模型,通过编制可考虑Gmax附加衰减影响的一维场地地震响应有效应力分析程序,分别对典型场地和离心机振动台模型场地的地震响应进行分析对比。结果表明：Gmax附加衰减对场地加速度和剪应力响应均有较大影响,将加速场地液化进程和扩大场地最终液化范围;考虑Gmax附加衰减可较好地模拟动力离心模型试验场地动力响应;但在强震情况下,场地迅速液化,Gmax附加衰减对场地动力响应的影响反而减弱。     

Verification of a new method for evaluation of liquefaction potential analysis

The seismic response of existing earth dams in Iran is important after an earthquake both to provide emergency supplies and to society as well as to ensure structural safety in engineering terms. Better seismic capacity of earth dam results in less structural damage and reduced impacts following an earthquake disaster. Indirect as well as direct costs following earthquakes have gained much attention from both the engineering and socioec onomic research communities in the last few decades. This study is a valuable tool used to study the response of geotechnical structures to infrequent or extreme events such as earthquakes. The Avaj earthquake (2002, Iran) was applied to a series of model tests which was conducted to study the response of soil profiles under seismic loading. 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 soil seismic response. A combination of several software packages with a generated visual user interface computer code by authors named as “Abbas Converter” were employed to evaluate the variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude to assess their effects on site response. The proposed method was applied to the Korzan earth dam of Hamedan province in Iran. Site response analysis using the measured shear wave velocity, estimated modulus reduction, and damping ratio as input parameters produced good agreement with the computed site response in this study.     

冻土动力学参数研究的成果综述与展望

通过对前人的试验成果进行整理, 得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律. 整体上看, 冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大; 冻土的泊松比随温度的降低而增大; 冻土的阻尼比随温度的降低而减小, 随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强. 通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析, 给出如下建议: 动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型, -5℃可以作为两段式的分界点; 列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动, 冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.     

含软弱层岩质边坡的动力响应研究

含软弱层岩质边坡的动力响应研究已成为边坡工程稳定性分析中的一个重要问题。为研究软弱层的特性对岩质边坡动力响应的影响,提供动力荷载作用下边坡防灾减灾的指导依据,运用UDEC离散元软件模拟地震力作用下含软弱层岩质边坡的动力响应系统地分析软弱层的倾角、埋深、弹性模量、厚度、泊松比和剪切刚度等因素对地震波放大现象的影响,得出边坡坡顶放大系数的变化规律,即随着软弱层倾角的增大,放大系数呈现出增大→减小→再增大→再减小,并出现地震响应减弱的现象;放大系数随软弱层埋深和厚度的增加而增大,但随弹性模量、剪切刚度的增大而减小,随泊松比的增加几乎不变。结合非重复性试验二元方差分析评价理论,对所得的放大系数进行计算分析,得出软弱层的特性因素对边坡放大作用的影响强度为软弱层的倾角＞埋深＞弹性模量＞剪切刚度＞厚度＞泊松比。研究结果有助于进一步揭示地震作用下边坡的失稳机制, 对震区边坡灾害的防治有一定的指导意义。     

关于抗震设计场地反应分析客观性的一些探讨

在工程抗震设计领域,以SHAKE为工具的场地反应分析已得到广泛应用。场地反应分析简单、易行,然而要得到准确、可靠的分析成果仍需要长期的经验积累和相当的技巧。其中需特别注意的是：场地反应分析所需要的各土层参数均具有相当大的不确定性。这些不确定因素主要来自于：初始剪切模量G0（或最大剪切模量Gmax）、剪切模量衰减曲线、阻尼曲线以及可能存在的软弱土层。对于大型基建工程,场地反应分析的成果对于整个工程的安全、经济性都有重大影响;因此,针对其不确定性应该进行严谨地论证,并在工程设计中充分考虑。建议对各主要参数进行敏感度分析,并将结果综合起来以形成一套理性、可靠的场地反应分析方法。     

固结压力相关的黏土动力特性模型研究及应用

对一种粉质黏土进行了不同固结压力下的循环单剪试验,得到了相应各固结压力下的动剪模量和阻尼比随动剪应变幅值非线性变化的 曲线和 曲线,并对其进行了归一化。试验结果表明,即使是归一化以后的动力特性曲线,仍然因固结压力不同而出现差异;固结压力越大, 曲线衰减越慢,而 曲线增加也越缓。通过建立最大动剪模量、最大阻尼比和参考剪应变与固结压力之间的试验关系式,建议了一种实用的固结压力相关的黏土动力特性模型。最后,通过算例表明,场地土体动力特性随固结压力而变化的特征不但会影响场地地震反应的幅值,而且将影响其频谱特性,且场地覆盖层厚度越大,影响越强烈。