地震安全性评价方法及其应用

根据建筑场地地震安全性评价工作的要求,结合实际工程讨论了场地地震安全性评价工作的技术思路、区域及近场区地震地质调查、地震活动性分析、地震地质背景、地震动衰减关系、地震危险性概率分析、场地地震动设计参数的确定等.经研究认为,在研究区域中存在发生七级左右地震的地质背景,本场地土类型为中软场地土,建筑场地类别为Ⅲ类.在研究中同时得到的场地设计地震动参数,可供设计部门参考.     

场地地震安全性评价中确定设计地震动参数若干问题研究

本文研究确定设计地震动参数中涉及的若干问题,其中包括基岩水平加速度反应谱衰减关系的选择、震源深度对基岩水平加速度峰值及基岩反应谱曲线的影响、强度包络线函数及输入随机相位的选择、土体非线性特性参数和土层剪切波速值的选择、设计地震动反应谱的标定等问题。本文基于一个典型场地计算剖面,采用一维等效线性化模型并通过逐项变换某些研究参数的方法,研究了各种因素对设计地震动参数可能产生的影响及存在的误差和相应的规律。     

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。     

初始剪应力对软土场地震反应的影响

实际工程的边坡、斜坡以及挡土结构中的土体都存在一个初始剪应力的作用。在初始剪应力的作用下土体会产生较大的残余应变。然而,原始Iwan模型难以考虑这种因素的影响。因此,将软化模型引入Iwan串联模型中考虑循环软化的影响,同时再串联一理想刚塑性元件,模拟循环过程中产生的残余应变;最后,结合Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行了描述。在此基础上,将修正的Iwan模型用于软土层的一维非线性地震反应分析。通过分析发现,当场地存在初始剪应力且受到强震时,土体模型需考虑这种因素的影响,否则可能低估速度及加速度幅值,也会低估最大剪应变幅值     

竖向地震动对斜坡场地非线性地震反应的影响

国内外规范中推荐或强制规定竖向地震动取为剪切反应谱的1/2～2/3,但该规定如何改进使其更合理已成为一重要课题。首先,对其研究现状简单总结,给出了可处理辐射阻尼、地震动相位特性、计算高效的二维波动显式有限元等效线性化程序ELPSV编制的必要性,然后进行了分析。初步研究表明,竖向地震动强度对周期在0.3 s以下的地表剪切反应谱有一定的影响,而高于0.3 s部分影响轻微。竖向地震动强度对斜坡场地的竖向地震反应及地表竖向反应谱影响显著,按规范的取值将偏于不安全。受地形条件影响,坡顶剪切地震反应会比坡脚反应要大,而竖向地震反应并不明显。土层边界面的地震反应要比周围反应要低,交界面效应明显。软斜坡场地地震反应特性除场地竖向地震反应自下而上先增加后减小的规律外,其他情形与硬斜坡场地的规律基本一致。该结果定量反映了竖向地震动的影响程度,为斜坡场地上考虑竖向地震动的建（构）筑结构的抗震设计提供了有益的基础。     

太湖软土地基沉降特性分析

根据太湖地区某高速公路路基沉降实测资料,通过现场原位取样结合室内试验,分析了太湖冲湖积相软土的压缩特性,总结出软土路基的沉降变化规律,研究了工程地质条件和填土高度对路基沉降的影响,并采用归一化指标得到不同地基处理方式下的沉降估算公式,同时对两种常用全过程路基沉降预测方法进行了比较。结果表明,太湖冲湖积相软土具有较强的结构性;相似地质条件下的路基沉降差异较大,土体结构性是影响路基沉降的重要因素之一;归一化指标分析可得到不同路基处理方式下的简单沉降估算式;常用的全过程沉降量预测方法对于最终沉降量的预测均存在一定的偏差,可综合分析预测结果得到较为准确的预测值。     

Effect of site-specific soil nonlinearities and uncertainties on ground motion intensity measures and structural demand parameters

ABSTRACT

This paper investigates the effects of site-specific uncertainties in soil strength and stiffness parameters on the commonly used ground motion intensity measures and the resulting engineering demand parameters of moment resisting frames of varying heights at a site in Los Angeles, California. Through a detailed site-specific uncertainty analysis, comparison with generic data, and an extensive parametric study, it is shown that underestimation or overestimation of the true soil uncertainties could significantly affect both the average values and variabilities of the Arias intensity and PGA, and that the uncertainty in the soil strength parameter has more profound effect on the intensity measures than the uncertainty in the soil stiffness parameter. It is also shown that depending upon the natural period of a structure, the uncertainty in both the soil strength and stiffness parameters could affect its peak floor acceleration and peak inter-story drift. Moreover, it is observed that the structure amplifies the soil uncertainty more than the seismological uncertainty.     

软土地基中嵌岩桩嵌岩深度的研究

结合试验资料对嵌岩桩的嵌岩深度、端阻力以及桩侧阻力进行了分析。讨论了端阻比随嵌岩深度的关系、桩承载力与嵌岩比的关系以及不同岩层对桩的承载力的影响,并提出了软土地基中不同桩径的桩具有最佳嵌岩深度,认为不存在最大嵌岩深度。     

软基路堤施工稳定性控制标准研究

软基上快速填筑路堤时的稳定控制十分重要。现行规范中采用了位移与位移速率作为控制标准,而实践证明,采用现行标准仍出现一些失稳事例,说明这些标准存在一定局限性,需加以改进。提出了临界状态线的概念,该临界状态线系基于多个工程观测的成果与离心模型试验所得数据,分别以道中沉降速率与坡脚水平位移速率作为坐标轴所得到的一条分界线。临界状态线将路堤的状态划分为稳定区域和非稳定区域,因而是个合适的控制指标。综合采用常用的道中沉降速率、坡脚水平位移速率2个指标以及附加的临界状态线指标,提出了改进的施工稳定控制标准,它比只考虑道中沉降和坡脚水平位移速率,更加符合路堤失稳机制。     

液化土层地震动模拟计算方法及验证

针对目前土层反应分析方法难以模拟液化土层地震动时程的缺欠,在工程力学研究所原有有效应力分析程序基础上提出了一个改进的计算方法并进行了验证。改进方法中,通过每个应力循环模拟土的非线性进程以及液化导致的土刚度衰减过程,并引入了新建立的适于非均等固结随机地震荷载作用下的孔压增长模型。将计算方法与实际地震记录及大型振动台实验结果进行了对比,结果表明：在峰值加速度、液化后波形变化、时频曲线及加速度反应谱等主要特征上,计算结果均与现场实际记录及振动台实验基本一致;在液化引起地震动特征变化上,计算出的液化较非液化土层加速度反应谱的增量与实验结果一致。说明所提出的改进方法可以用于液化土层地震动的模拟。     

浅埋孔洞对地表反平面运动的影响

采用复变函数和多极坐标方法,构造了一个能够自动满足水平表面上应力自由边界条件的散射波函数,研究了地下任意形柱状孔洞对任意角度入射的平面SH波的散射及其对地面震动的影响,给出了浅埋孔洞附近地面运动的数值结果。定量分析了入射波长、入射角度、孔洞的形状和埋深等因素对地面运动的影响。研究表明,浅埋孔洞与水平表面存在强烈的相互作用对局部地面运动将起到放大作用,在地面建筑物抗震设计时应考虑地下隧洞的存在对地震动的影响。     

软土地基渗透性条件对基坑预降水过程中支护墙侧移的影响研究

最新工程案例表明,在基坑开挖前,现场预降水可引起支护墙发生显著初始侧移。依托工程实测资料,建立并验证了数值分析模型,通过一系列参数分析研究了软土地基渗透性条件对基坑开挖前预降水过程中支护墙侧移的影响规律及机制。结果表明,基坑预降水深度范围内土层渗透系数越大,渗透性各向异性越明显;在相同的预降水时间内,被降水土层中将会发生更大程度的孔隙水压力减小;在更强的墙-土界面总压力重分布下,预降水引起的支护墙侧移更大。预降水过程中支护墙侧移沿深度的分布范围与预降水深度底部及其以下土层渗透性有关,若为渗透性较差的深厚弱透水层,则当预降水深度位置不超过0.5倍该弱透水层厚度位置时,支护墙侧移将主要发生在预降水深度范围内;若为渗透性较好的透水层,预降水引起的支护墙侧移深度范围可能达到该层以下的另一弱透水层单元位置处。另外,当预降水深度底端紧邻透水性较好土层时,再增大预降水深度会引起支护墙发生较大增量的侧移,此时,应严防"超降";当预降水深度底面以下为深厚弱透水层时,再增大预降水深度引起的支护墙侧移增量并不明显。     

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。     

考虑排水条件的软土蠕变特性及模型研究

为了研究珠江三角洲软土在不同的排水条件和应力水平下的蠕变特性,进行了一系列室内三轴排水及不排水蠕变试验。试验结果表明,在排水情况下软土的瞬时变形大,而蠕变变形小,而在不排水情况下蠕变随时间的发展更为显著。在工程中可以提高软土地基的排水性能,来减小蠕变破坏的可能性。引入Singh-Mitchell蠕变方程,建立了珠江三角洲软土排水和不排水的Singh-Mitchell蠕变模型,其中应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数。该模型较好地表达了土体的应力-应变-时间关系。随着排水条件的改变,模型参数的取值有着较大的变化,其原因可归结为,在不同的排水条件下土体的应变-时间关系和应力-应变关系均有很大的不同。     

地震作用下地裂缝场地地震动参数试验研究

为研究地裂缝场地地表动力响应规律,以西安f4地裂缝场地为工程背景,采用剪切型模型箱,进行振动台模型试验。分析了地裂缝场地在地震作用下的破坏特征和动力响应,得到了地表地震动参数变化规律。试验结果表明：地震作用下,地裂缝场地的主裂缝在地表开裂、扩展,并在裂缝区产生与其45°相交的次生裂缝,次生裂缝的数量随着地震强度增大而增多;地表地震动参数峰值均表现出上、下盘效应,均在上盘裂缝处最大,逐渐向两侧递减;随着输入地震强度增大,地表加速度及Arias强度放大系数逐渐减小;上盘加速度变化频率较快,且上、下盘两侧加速度峰值存在相位差,但两侧位移及速度时程波形基本一致。该研究成果可为跨地裂缝结构抗震设计提供重要参考。