新一代土层地震反应分析方法研究

<正>大量宏观震害经验和强震动观测数据表明,场地条件对地震动响应影响显著,尤其浅表覆盖土层对地表震动的放大作用十分显著。对一般工程和重大工程进行抗震设防是防震减灾的最主要途径之一,设计地震动参数确定的合理性和可靠性将直接影响到建设工程的安全性和经济性。土层地震反应分析作为地震区划和重大工程地震安全性评价的核心技术之一,是     

土层对地震的随机反应分析

利用随机振动理论,本文研究了非均匀土层对地震的动力反应问题,假定土层的剪切模量随深度呈指数函数形式分布,关于基岩输入地震动加速度的功率谱密度函数,考虑了两种形式：白噪声谱和有色谱,为了比较起见,文中考虑了均匀土层的情形,数值计算表明;（１）在基岩输入地震动加速度的功率谱密度为白谱的情况下,土层的最大期望反应（相对位移,绝对加速度,剪应变）大于基岩输入地震动的功率谱为有色谱的情形;（２）在土层的上部     

土层地震反应的数值模拟

利用土层地震反应分析的一维模型,系统地讨论了波动数值模拟时域算法的基本概念,首先阐明了模拟上层下卧基岩的精确辐射条件与多次透射公式之间的关系,给出了实现精确辐射条件的简化方法,然后将此边界条件与土层有限元运动方程结合,提出了半无限土层地震反应的一种解耦的有限元算法,本文还进行了这一算法的数值模拟试验,讨论了时域算法较之常用的频域算法的优点,复阻尼和粘性阻尼影响的差异以及研究与复阻尼理论对应的时域,     

土层地震反应传递函数的模拟

探讨了用单一土层模型替换复杂场地求解土层场地传递函数的方法,并用ＳＭＡＲＴ－１台阵地震记录对这一方法的可行性进行了研究和讨论,结果表明,只要选取适当的地震波入射角Ψ和土介质的滞回阻尼比ｄ,简化模型的传递函数与实际传递函数能符合得较好,这一方法可用来近似估计缺少详细土质勘测资料地区的土层地震反应的传递函数。     

不同土层地震反应计算程序对比分析

目前在中、美两国场地土层地震反应分析中,应用比较广泛的计算软件为ESE和SHAKE,两者均采用频域等效线性化方法处理非线性的土层动本构关系。本文采用上述软件分别对三种典型场地进行计算,分析两者差别及造成差别的原因。研究结果表明,SHAKE软件在深软场地时,计算反应谱和加速度峰值均与实际统计结果差别较大,不适合工程应用。ESE软件计算结果比较合理。     

不同土层地震反应计算程序对比分析

目前在中、美两国场地土层地震反应分析中,应用比较广泛的计算软件为ESE和SHAKE,两者均采用频域等效线性化方法处理非线性的土层动本构关系。本文采用上述软件分别对三种典型场地进行计算,分析两者差别及造成差别的原因。研究结果表明,SHAKE软件在深软场地时,计算反应谱和加速度峰值均与实际统计结果差别较大,不适合工程应用。ESE软件计算结果比较合理。     

典型土层场地随机地震反应规律分析

针对硬、中、软3种土层场地,选取历史上实测到的Ⅰ类和Ⅱ类场地的地震动记录各100条,分别调整地震动记录加速度峰值至0.1g、0.2g和0.3g,并采用一维等效线性化方法开展了场地随机地震反应研究,系统分析了地震动峰值加速度、速度和位移反应的变异性规律。主要结论为,位移和速度峰值的变异性随场地土变软而增大;位移和速度峰值变异性较加速度峰值的变异性更为突出;利用50条左右的地震动记录即可获得场地地震反应均值和标准差较为稳定的结果。     

非线性土层地震反应分析的一种方法

本文利用作者给出的土的剪切动力本构关系的动态骨架曲线模型,结合显式差分数值逐步积分方法,给出了一种分析非线性土层地震反应的方法。反应计算中,地震效应视为基底剪切波垂直入射,且考虑了上部土层中能量向弹性基底辐射的效应。文章最后给出了本方法应用的一个算例,并给出了相应的等效线性化方法的计算结果。     

核设施一维土层地震反应分析中的参数不确定性

本文概述了一维土层地震反应分析等效线性化方法评价结果不确定性研究的进展,比较了中美两国核设施土层地震反应分析中参数不确定性的处理方法。基于实测数据,令参数随机变化,建立土层剖面模型,采用随机振动理论方法,分析了土层动力特性、剪切波速、基岩地震动输入界面对评价结果的影响。结果表明,土层剪切波速的不确定性对评价结果影响最大,主要表现为加速度反应谱平台段的延长。对比参数随机变化模型和最佳估计模型的计算结果可知,随机振动理论反映了土层对基岩地震动的影响,将随机模型分析结果的中值加减1倍标准差基本可以包络最佳估计模型的分析结果。     

天津软弱土场地土层地震反应实例分析

对场地土层地震反应分析的主要方法进行介绍,在天津软弱土场地（Ⅳ类场地）上分别采用等效线性化和逐步积分的方法进行土层反应,并把土层反应得到的结果与天津地区Ⅳ类场地上的实际强震记录对比,发现等效线性化方法适用于天津软弱土场地土层地震反应。对软弱土场地土层地震反应结果进行分析,把该结果与GB50011—2010《建筑抗震设计规范》中相应的参数进行对比,分析两者之间的差别,为天津软弱土场地的抗震设防提供合理的建议。     

不同场地条件下的土层地震反应对比分析

选择新疆地区的地震动衰减关系,采用概率方法计算了位于同一构造区的两个场地(A场地和B场地)的地震危险性,两个场地以基岩峰值加速度为标志的场地地震危险性结果相近。通过现场勘察与检测,场地A与场地B均为岩性不同的两个一元结构,岩性分别以砂砾石和粉土为主。采用一维土层反应等效线性化的计算方法得出场地A和场地B的土层反应。通过地震反应谱的特征分析,表明硬场地和软场地的强度和周期(或频率)特征是不同的,同时讨论了它们测试与判定中存在的问题。     

随机场地条件对土层地震反应分析的影响

本文以宝鸡市和西安市地震小区划工作中获得的大量实测资料为基础,建立了一维随机土层结构模型,应用随机振动的理论和摄动法,就随机场地条件对土层地震反应分析的影响进行了初步的研究和讨论。结果表明,土壤力学参量的随机性对于土层地震反应分析的影响是不可忽略的,一般情况下,可造成土层地震反应分析的方差发生20%左右的变化,也可使土层结构的自振频率发生15%—40%左右的变化。因此,人们应当对土壤力学参量的随机性给予足够的重视。     

覆盖土层场地地震断裂反应分析方法

基于有限元和拟静力的根本原理，提出了一种基于断层位错的覆盖土层场地地震断裂反应弹塑性有限元分析方法，计算中考虑了土层厚度、断层种类和倾角、软弱夹层以及土的非线性等因素，通过编制的程序计算了地表断裂位移，模拟了土层的破裂过程。     

土层地震反应等效线性化方法综述

当前土层地震反应分析所用的主要方法是一维等效线性化波动方法。简单阐述了等效线性化方法的基本原理,总结了其发展历程和现状。根据其原理和多年的应用实践,指出了其优点和缺点。其优点主要是概念简单明确,计算量较小,便于工程应用。其缺点主要是该方法本身不能反应地震波在土体传播的真实过程,在工程实践中处理软弱土层和强震动输入时所表现出的一些不合理的地方。并对这些优缺点的机理进行了简要地分析。     

用于土层地震反应计算的绘图软件包

详细地介绍了作者编制的用于对土层地震反应计算的原始数据和计算结果进行了图形 制的软件包。该软件包采用多级菜单提示，将数据组织，图形显示，高精度图形打印输出合为一体，适用于ＩＢＭ各种微机机型和兼容机，以及现有的多种针式，激光，喷墨打印机和部分绘图仪，可广泛应用于工程地震和地震工程的研究。     

隧道结构地震反应分析研究现状

简要介绍了隧道结构的震害现象,总结了隧道结构的震害机理、震害的影响因素、地震反应计算方法中的反应位移法和隧道结构振动台试验等4个方面的研究进展。在对当前研究成果评述的基础上指出了当前研究中的一些问题,并对隧道结构抗震研究的重点问题进行了总结归纳,包括地震动输入的确定、结构抗震计算方法、特殊地质环境下隧道的动力特性、隧道结构地震破坏的准则与评价指标、隧道结构抗震反应分析模型、振动台试验的可靠性等。这些工作可以为从事这一领域研究和设计工作的有关人员提供一定的参考。     

粘弹塑性土层地震反应的波动分析法

本文在吸收Seed及Streeter等人近年来工作成果的基础上,利用特征线-差分混合解法,提出了新的差分格式并求解了包含粘性、弹塑性的水平土层在地震剪切波作用下的运动方程。在引入阻尼比退化系数的概念后,提出了能同时符合土的剪切模量-剪应变和阻尼比-剪应变非线性试验曲线的加载、卸载、再加载分析曲线——广义Masing型曲线。本文提供的方法与程序可方便地对水平土层的地震反应作出估计,可作为烈度小区划中考虑场地土影响和提供设计反应谱的分析工具。     

基于实测记录的土层地震反应分析程序对比研究

DEEPSOIL和SOILQUAKE是两种典型的土层地震反应分析程序,已有研究表明,我国学者新近开发的SOILQUAKE程序更适用于模拟深厚软土场地的非线性反应,但对于该程序的验证分析,大多是通过与其他一维土层分析程序或基于单一场地的实测记录进行对比验证,尚有待通过不同类型场地的实测记录进行验证并进一步分析程序的可靠性。本文选取日本KiK-net台网中包含Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地的多个台站地层参数及实测地震波记录,通过SOILQUAKE和DEEPSOIL建模计算,从土层放大效应及地表反应谱特征等方面进行对比分析。结果表明:(1)SOILQUAKE在Ⅱ、Ⅲ类场地情况下能够较好地预测土层响应,但在Ⅳ类场地上地震烈度达到7度之后,地表PGA计算结果比实测记录有所偏小,但误差仍在可接受范围内;而DEEPSOIL的计算值则在各类场地中均明显偏小,与实测记录的偏差随着场地特征周期及地震强度增加而增大。(2)场地土的层数较多且各层土性差异较大时,两种程序计算与实测记录的偏差比土层简单时明显增大。(3)需要注意的是,SOILQUAKE对放大效应预测足够时,有时伴随着地震反应谱"左移"的问题,该现象在各类场地中均有所存在,且在存在"左移"的案例中,现象随着场地特征周期和地震动强度的增加表现得更显著。