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。     

巨厚场地三种土层地震反应分析程序对比检验

利用日本Ki K-net强震动观测台网数据库中巨厚土层的井下地震记录,对新研发基于频率一致等效线性化的一维土层地震反应计算方法 SOILQUAKE16以及当今国际上两种代表性一维土层地震反应计算方法 SHAKE2000和DEEPSOIL5.0在巨厚场地的可靠性进行对比检验。检验工况包括了土层厚度分别是215 m和148 m两个台阵,取其中地表峰值加速度不小于0.02 g的60台次水平地震加速度记录,地表峰值加速度范围为0.024~0.425 g,加速度峰值放大系数2.76~4.01。对比检验结果表明:烈度6度和7度偏下的较弱地震动下,SOILQUAKE16、SHAKE2000和DEEPSOIL5.0四个方法结果精度相当,计算出地表PGA与加速度反应谱均与实际较为接近,此时几种方法皆可采用;烈度7度中上、8度和9度的较强地震动下,DEEPSOIL5.0和SHAKE2000计算出的地表PGA较实际记录偏小,且随地震动强度增加与实测结果差距急剧增大,甚至小于井下输入,加速度反应谱"矮粗胖"不合理现象严重,不宜采用;而SOILQUAKE16计算出的地表PGA和反应谱均与实际记录相当,克服了以上弱点,可体现出深厚土层的放大作用,建议采用。SOILQUAKE16计算程序现已通过网络平台http://www.soilquake.org.cn提供共享服务。     

国际上两种典型土层地震反应分析程序对比研究

土层地震反应分析方法分为频域与时域两大类,目前国际上最好的一维程序为SHAKE2000与DEEPSOIL,但二者的适用性和比较情况尚不得知。构造了符合我国规范的4种类别场地,对14个场地在3条地震动输入和3个烈度下总共82组工况进行对比计算,研究二者计算出的地表峰值加速度、反应谱和剪应变的异同。结果表明:二者差异大小与场地类别、输入PGA和输入地震动的频率分布有关,其中场地类别起主要作用,其他因素影响较小;只有在Ⅰ类场地下二者差异可忽略,其他类别场地存在差异,深软场地差异十分显著;虽然DEEPSOIL在计算反应谱高频部分表现优于SHAKE2000,但无论地表加速度峰值还是整体反应谱都要逊于后者,特别是对Ⅲ类场地和Ⅳ类场地情况;DEEPSOIL计算得到的土体剪应变普遍大于SHAKE2000,在软土场地表现十分显著,很多工况结果达到了不合理的程度,这应是其表现逊色的原因;在Ⅲ类和Ⅳ类场地下,两程序很多计算结果与现有认识相差很大。其结果为了解掌握土层地震反应分析方法的国际现有水平及今后方法改进提供了一定基础。     

新一代一维土层地震反应分析程序 SOILQUAKE上线试运行

<正>中国地震局工程力学研究所袁晓铭团队经多年攻关研发的一维土层地震反应分析新方法和程序SoilQuake16于7月17日上线试运行,为广大科研工作者和工程师提供场地地震响应在线计算服务。SOILQUAKE采用频率一致等效线性化方法,在大幅提高计算精度的同时保持了传统方法仅需要输入剪切模量阻尼比与剪应变关系且快速收敛的优点。该土层地震反应分析方法已在中国土木工程学会会刊《土木工程学报》第49卷第10期正式发表,袁晓铭研究员在"第十二届全国岩土力力学数值分析与解析方法研讨会"和"第九届全国防震减灾工程学术研讨会"上以该新方法为主题做大会特邀报告,反响热烈。以此新方法研发为主要内容完成的地震行业科研专项"土层地震反应分析方法改进关键技术研究"已通过由中国地震局地质研究所、中国地震局地球物理研究所、中国地震局地壳应力研究所、中国核电工程有限公司     

硬场地实测记录下几种土层地震反应分析程序可靠性对比

以日本KiK-net强震观测台网中硬场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法LSSRLI-1（频域）、SHAKE2000,时域非线性方法DEEPSOIL和频域一致等效线性化方法SOILQUAKE等几种计算程序在硬土场地地震反应分析中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05g的水平硬场地的总计344台次的加速度记录,涉及5个台站,土层厚度6~50m,地表峰值加速度范围0.050~0.805g。结果表明:认为硬土场地以往计算方法能够体现土层放大的认识是片面的,在中强地震动情况下,现有流行方法计算出的地表响应会偏小,强地震动下会严重偏小,会给工程抗震设计提供偏于危险的输入;硬场地中烈度8度以下（地表PGA在0.19g以下）,SHAKE2000和DEEPSOIL、LSSRLI-1（频域）计算结果与实际记录差距可以接受,但烈度8度以上,计算出地表响应均较实际记录明显偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大;硬场地中,无论何种烈度,SOILQUAKE16计算的地表加速度响应与实测相当,可体现出土层放大作用。     

强震记录对三个土层地震反应分析程序的检验

为了对国内外广泛使用的3个一维土层地震反应分析程序（DENSOR98、SHAKE91和LSSRLI-1）的计算精度进行检验,本文以4次地震中唐山响瞠井下三维台阵的基岩强震记录为输入地震动,利用这3个程序对此测井剖面分别进行计算,计算结果分别与同次地震中相应的台阵地表强震记录相比较,可得如下结论：在地震动不大的情况下,3个程序都可满足工程要求,其差别为SHAKE91算得的峰值偏大,DENSOR98算得的峰值偏小,LSSRLI-1得到的反应谱更接近实际,DENSOR98得到的反应谱偏低,从安全角度和经济角度综合来看,LSSRLI-1程序较好。     

基岩弹性刚度对土层地震反应的影响

将基岩上均匀、各向同性土层的地震反应,简化为置于弹性支座上的一维剪切梁模型进行分析。将地震激励假定为白噪声谱,在随机边界激励下,主要探讨了土层与基岩2种介质间的波阻抗比、波速比、土层厚度和阻尼特性对土层地震反应的影响。计算结果表明,对于一定的土层厚度,在一定阻尼比条件下,土层和基岩的阻抗比小到一定程度时,可以将基岩假定为刚性约束,而误差可以控制在一定的范围内。     

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。     

软场地下两种地震反应分析程序的对比

LSSRLI-1与SHAKE2000是目前国内外等效线性化地震反应分析程序的代表。将LSSRLI-1和SHAKE2000对软土场地进行计算对比,比较加速度峰值、反应谱和剪应变,分析其异同,研究存在的差异及原因,讨论剪应变与加速度峰值和反应谱的相关性,以指导方法和程序的改进。研究结果表明:2个程序计算出的PGA和反应谱结果在某些情况下存在不可忽视的差异,大部分情况下SHAKE2000计算出的PGA要大于LSSRLI-1的结果,在0~3s周期段内大部分情况下SHAKE2000的反应谱大于LSSRLI-1的结果;2个程序计算出的剪应变存在较大差异,LSSRLI-1计算出的的剪应变明显比SHAKE2000大;2个程序计算出的PGA、平均谱值比相对差与剪应变相对差存在相关性,不考虑非线性下,两个程序计算出的地表加速度反应谱基本没有差异,计算地震动的算法应相同;但计算剪应变的结果不同,导致考虑土层非线性的迭代计算结果出现差异。     

中硬场地下两种土层地震反应方法与精确解的对比

基于谐波入射下的波动理论频域精确解,导出线性时域精确解,并在Matlab环境中编制相应的计算程序;选取8个简化的中硬场地剖面,用LSSRLI-1、精确解和SHAKE2000三种方法计算各场地在不同输入条件下的地震反应。结果表明:程序计算所得地表反应谱和土体剪应变分布与SHAKE2000结果一致;LSSRLI-1方法得到的地表反应谱与前二者结果一致;LSSRLI-1方法在某些情况下得到的土体剪应变分布与另外二者结果存在较大偏差,该偏差对地表反应谱有着不可忽略甚至非常显著的影响。     

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。     

下辽河地区典型土层地震反应时域和频域方法对比

为了解决一维频域等效线性化方法在计算下辽河地区深覆盖场地地震反应时不够准确这一问题,本文采用一维时域非线性计算程序DEEPSOIL对该地区典型土层地震反应进行计算,并将结果进行对比分析。研究结果表明,在大震情况下,时域非线性方法有效地避免了等效线性化方法加速度峰值不合理和特征周期值偏高的现象。用时域非线性方法计算该类型场地大震情况,结果更加合理。     

基于等效线性化方法的一维土层地震反应通用计算程序对比

基于等效线性化的一维土层地震反应计算是目前国内外普遍采用的方法,国外的SHAKE91、DEEPSOIL和我国的LSSRLI-1即是根据这一方法编制的通用计算程序。本文采用这3个程序进行了不同地震波、不同输入地震动幅值下不同场地类型的土层地震反应计算,并对三者的结果进行了全面的比较分析。结果表明:①SHAKE91和DEEPSOIL程序的计算结果完全相同;②当土层最大剪应变均采用时域计算时,LSSRLI-1程序的计算结果与SHAKE91和DEEPSOIL程序基本相同,但有微小差别,其原因是:在基于等效剪应变通过离散形式的剪切模量和阻尼比随等效剪应变变化的关系曲线确定等效剪切模量和阻尼比时,DEEPSOIL和SHAKE91采用的插值方法与LSSRLI-1不同;③当LSSRLI-1程序采用频域经验关系计算土层最大剪应变时,特别是在强地震动输入下得到的土层地表加速度峰值和加速度反应谱与另外两个程序的计算结果有差别,且土层最大剪应变随着输入加速度的增大出现较大的差别。因此,本文建议:当采用LSSRLI-1程序计算土层地震响应时,应使用程序中的时域解方法代替以往默认的频域经验关系方法。     

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。     

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     

土层地震反应分析的研究现状

从确定性分析和不确定性分析两方面对土层地震反应分析的研究现状进行了系统总结。确定性分析以土层地震反应分析方法发展为顺序,介绍了等效线性化方法基本原理及其若干进展、非线性模型的构建形式及其发展状况;不确定性分析以土层地震反应分析为方法应用随机过程理论所作的假定为线索,介绍了随机过程理论在土层地震反应分析中的研究、应用及其进展。最后对土层地震反应分析的发展方向进行了分析和展望。     

基于黏弹性边界的地下隧道非线性地震响应分析模型

采用黏弹性边界方法和地震动输入等效节点力方法模拟半无限场地的地震激励,结合通用有限元软件ANSYS,建立地下隧道地震响应分析模型。模型采用等效线性化方法模拟土体非线性,采用瑞利阻尼和材料阻尼相结合方法模拟土体阻尼,分别考虑衬砌中混凝土和钢筋的非线性,以及衬砌和土体之间的接触。通过与文献比较,对整体模型的精度进行验证,并以天津市深厚覆盖层场地中某地铁双隧道为例进行非线性地震响应分析。研究表明,隧道间距较小时隧道之间存在显著相互作用,非线性地震动应力显著增大。本文模型可用于地下隧道一类结构的抗震验算分析。