地震动河谷场地效应研究

本文以梯形河谷场地为研究对象,采用二维显式有限差分和透射人工边界理论,根据设计的正交表建立计算模型,计算分析了梯形河谷场地对地震动的影响因素,对其影响程度进行了排名,并采用强震记录分析法对计算结果进行了初步验证。结果表明,4个因素对梯形河谷场地的地表地震动有重要的影响,但是其影响程度随着位置的变化表现也不同,不同位置的影响因素排名不同;距河谷谷坡40m以内的场地,各影响因素排位相同,首位是河谷坡角,其次是深宽比、覆盖层厚度,最后是输入地震动强度,因此,河谷场地距谷坡一定距离时各因素对地表地震动影响程度基本相同,该段场地河谷地形的几何参数对地震动影响起较大作用;随着场地距河谷谷坡越远,影响因素的排位也发生了变化,总体上是坡角排位后移,输入地震动和覆盖层厚度排位前移,河谷几何参数对地震动影响逐渐减弱,覆盖层厚度和输入地震强度2个因素的影响逐渐加大,该段场地对地震动影响与水平成层场地类似。对安宁河河谷场地强震记录分析验证的结果表明,河谷地形对地震动有显著的放大作用,同时也验证了本文的数值模拟结果是可信的。     

圆弧状沉积盆地与软土单覆盖层出平面地表运动对比

采用解析方法，通过圆弧状沉积盆地与同样参数的软土均匀单覆盖层的对比，研究沉积盆地对平面SH波二维散射效应和其出平面地表运动。数值对比结果表明：（1）波垂直入射时盆地中央地表位移幅值反应，其随频率变化形式与软土单覆盖层的地表运动有较强的对应性，且此时单覆盖层地表位移幅值为其下降；（2）盆地的二维散射效应特点显著波的汇聚作用使盆地中的地表运动显著放大，总体上较软土单覆盖层的地表位移幅值要大，其频域内的最大反应则明显大于单覆盖层情况，但最大反应在盆地表面出现的位置依赖于入射波角度、盆地深宽比和盆地的软硬程度；（3）沉积盆地中地表位移运动有强烈扭转效应，且随盆地变软和入射波频率增高而增强。     

SV波入射情况下V型河谷地形对地震动的影响分析

基于局部人工边界的显式有限元方法,给出了二维V型河谷地形在SV波垂直人射下地面运动数值解,并分析其地震动分布规律以及两侧不同的边坡角度对于地震动分布规律的影响.数值结果表明:谷底的角点、两岸靠近河谷的点、两侧谷坡靠近谷底的点以及靠近两岸的点,对地表位移有放大作用,而对其邻近区域地表位移有抑制作用.这是由于角点处存在面的...     

The Effect Analysis of Topography on the Spectrum Properties of Anti-Plane Movement

An explicit finite difference method is performed to evaluate the significance of topography effects on the seismic response of viscoelastic sites. The real accelerograms and bell-shape impulse wavelets, slope angle of cliff and angle of incidence on the spectrum property of the incoming waves are all discussed in detail. The conclusions show that the presence of topographic factors and the direction of the incident waves not only significantly affect the peak ground acceleration of a site, but also affect the spectrum properties of the incoming waves, and the effect on the direction of the incident waves is especially remarkable. The study also finds that it is reasonable to analyse spectrum properties with the input of impulse wavelets in the finite element simulation of wave motion.     

局部地形对出平面运动谱特性的影响分析

本文利用显式有限元有限差分方法进行了脉冲和实际地震动输入下的粘弹性场地地形影响的分析计算,研究了坡地地形在高宽比不同、体波入射角度不同时出平面运动谱特性的差异。结果显示:地形的特征尺寸和入射角度不仅对地震动的峰值有影响,而且对地震动的谱特性有较大的影响,其中入射角度的影响尤为显著。另外,研究还表明,基于脉冲输入研究粘弹性地形谱特性的影响仍不失为一种有效的方法。     

徐州市埋藏基岩斜坡对地震动的影响

本文在分析了徐州地区地震地质背景的基础上,用经作者扩展的SAP 5程序,重点分析了地震小区划中提出的埋藏基岩斜坡地形对地震地面运动的影响问题。初步认识到:这种复杂地形可产生不可忽视的竖向运动;水平向运动分布依其与基岩山丘的距离而不同;地震反应谱形状呈有规律的变化;输入多方向震波的影响比输入单方向震波时的影响要大     

THE EFFECT OF HARD INTERLAYER THICKNESS ONTHE SITE SEISMIC RESPONSE

Studies on the effect of near-surface overburden soil layers on seismic motion have shown that the overburden soil layers have a significant impact on the seismic effect of the site due to the formation age, genetic type, thickness difference, structure, and dynamic characteristics of the soil layers. In this paper, the one-dimensional seismic response analysis of a nuclear power plant site containing a thick hard interlayer was conducted to discuss the influence of the hard interlayer thickness on the site seismic response, so as to provide a basis for determining the seismic motion parameters for seismic design of similar sites. Based on the engineering geological data of a nuclear power plant site, five models of one-dimensional soil-layer seismic response analysis were built, and the equivalent linear method of the one-dimensional site seismic response was applied to analyze the effect of the interlayer thickness on the peak acceleration and the acceleration response spectra of the site seismic response. The seismic response characteristics of the site and influence rules of the hard interlayer thickness are summarized as follows:1)Under different input seismic motion levels, the peak acceleration at the top of the hard interlayer was less than the input peak acceleration, and the peak acceleration at the ground surface of site was greater than the input peak acceleration. 2)Under the same input seismic motion, the ratios of the peak accelerations at the top of hard interlayer to the input peak accelerations were smaller than the ratios of the peak accelerations at the ground surface to the input peak acceleration, and these ratios first decreased and then increased gradually with the increase of the hard interlayer thickness; while for the same hard interlayer thickness, these ratios gradually decreased as the input peak acceleration increasing. 3)For the same input seismic motion, the ratios of the peak accelerations at the ground surface of site to those at the top of the hard interlayer increased gradually as the hard interlayer thickness increased; however, corresponding to different hard interlayer thicknesses, the variation characteristics of ratios which are the peak accelerations at the ground surface of site to those at the top of the hard interlayer were inconsistent with the increase of the input peak acceleration. 4)The hard interlayer had a significant influence on the short-period acceleration response spectrum and the thicker the hard interlayer was, the wider the influence frequency band would be; while for a special hard interlayer thickness, the influence frequency band is certain, and the hard interlayer had little effect on the acceleration response spectrum coordinates outside this frequency band, the longer the period is, the less the influence of the hard interlayer on the acceleration response spectrum coordinates. The seismic response characteristics of the site and influence rules of the hard interlayer thickness indicate that the hard interlayer thickness has a significant impact on the peak acceleration and the acceleration response spectra of the site seismic response, and the hard interlayer has obvious isolation effect at the seismic motion, and the increase of its thickness reduces the nonlinear effect of the site and leads to the wider influence frequency band. Meanwhile, the higher the input peak acceleration is, the stronger the nonlinear effect of the site, and it's remarkable that the soft layer overlying the hard interlayer has a significant amplification effect on the seismic motion.     

地震动输入能量衰减规律的研究

对所收集到的266条强震记录，将其按场地条件分类，计算了不同场地条件、不同延性系数下的“绝对”和“相对”输入能量反应谱，然后利用两步回归法，得出了不同场地条件下地震动“绝对”和“相对”两种输入能量的衰减规律，分析了场地条件、延性系数、震级及距离等参数对地震动能量谱的影响，并对两种输入能量衰减规律进行了比较。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

坡地地形对地震动特性的影响分析

采用有限元有限差分方法,结合人工透射边界理论,研究局部坡地地形对地震动特性的影响,分析坡高、坡角对地形放大效应的影响.研究结果表明:坡地地形斜坡段各点反应谱谱比最大值沿坡高逐渐增大,坡脚点对地震动反应谱谱比呈缩小效应;坡底段各点反应谱谱比接近1;坡起平台段空间点受地形效应的影响较大;坡高和坡角对地形效应的影响较明显,当...     

1920年海原地震滑坡密集区的地震动场地效应研究

地震动作为引起地震灾害的原动力,常常通过造成建筑物倒塌、山体滑坡等形式引起大量人员伤亡和财产损失。1920年海原8½级地震,在震中距80 km远的西吉—静宁交界的黄土丘陵区引发了大量的山体滑坡,并造成重大人员伤亡和财产损失。在分析海原地震高烈度区滑坡分布特征的基础上,通过场地调查和数值计算等方法,研究典型滑坡密集场地的地质条件及地震反应特征。研究表明起伏地形和黄土厚度不均等因素造成丘陵山体两侧地震反应的差异,从而导致地震滑坡在斜坡土体较厚的一侧成群连片发育。海原地震造成的滑坡密集区的地形地貌、岩土性质、土层结构等条件决定了该地区地震动随局部场地条件变化非常迅速,地层场地效应和地形场地效应联合作用加剧了斜坡地表的地震动放大作用,增加了触发地震滑坡的动力。     

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。     

Empirical criteria for liquefaction in sands via standard penetration tests and seismic wave energy

Five empirical equations are presented, describing initiation of liquefaction in fully saturated sands, in terms of standard penetration values and initial overburden stress on level ground. These equations are based on 90 case histories of liquefaction, and relate empirically the pore pressure increase to earthquake magnitude, epicentral distance, energy of strong motion at the site, peak ground velocity, Fourier amplitude of velocity and duration of strong motion. The results are given in terms of raw standard penetration values corrected for overburden pressure. For all the models presented, the standard deviation of the residuals, representing the differences between the observed and predicted penetration values is less than six blow counts.     

SH波垂直入射下的斜坡地形放大因子分析

现有大量观测记录表明:斜坡地形对地震波的传播有着非常强烈的影响。为服务于工程抗震设计,基于显式有限元方法,定量分析SH波垂直入射下二维斜坡地形的地震动响应与斜坡角度、土层厚度以及介质阻抗比的关系,总结了位于一维土层基本频率附近斜坡上台面各区域放大因子的变化规律。研究表明:（1）斜坡面对SH波的反射使二维斜坡地形的放大倍数较一维土层存在显著放大,且该现象在缓坡中更加明显。（2）当土层厚度为斜坡高度的1/4,介质阻抗比为0.368,坡度为30°时,放大因子在距坡顶1.67倍斜坡高度处取到最大值1.930。（3）斜坡覆盖土层薄时,放大因子受斜坡角度的影响大,斜坡覆盖土层厚时,阻抗比成为影响放大因子的主要因素。（4）分别考虑土层厚度、斜坡角度、介质阻抗比以及观测点位置对二维斜坡地形地表地震动响应的影响,取1倍斜坡高度作为区域间隔,统计每个区域内各参数对应的放大因子最大值,对比现有规范给出工程抗震设计参考值及放大因子大于1的基频比范围。     

黄土场地覆盖层厚度和地形条件对地震动放大效应的影响

针对黄土地区场地条件的特点分析研究了场地覆盖层厚度和地形因素对地 震动放大效应的影响规律。通过对大量实际算例的归纳统计,给出了一种定量评价场 地覆盖层厚度及地形因素影响的经验方法。为黄土地震灾害预防及减轻技术研究提 供了参考依据。     

基于实测记录分析场地因素对海底地震动特性影响

目前基于海底实测记录的分析发现海底与陆地地震动特性存在明显差异,但难以进一步确定海底地震动特性的影响因素。在以往研究的基础上对比同次地震中相邻海底台站间地震动特性的差异,并分析造成差异的原因。以日本K-NET地震台网中6个海底强震台站及其相邻不同场地条件陆地台站监测的8次强震记录为研究对象,通过分析强震记录的峰值加速度、水平放大系数谱、竖向与水平反应谱的比谱等,对比分析不同海底台站地震动的特性,以及海底台站与相邻不同场地条件陆地台站地震动特性的差别。研究发现：（1）海底与陆地竖向地震动存在明显差异;（2）不同海底台站间地震动特性亦存在较大差异和明显的规律性,海底场地条件、地形等场地因素对海底地震动特性的影响较大;（3）海底水平向地震动反应谱的特征周期较大,谱特性介于陆地中硬土与软土场地间。     

场地地震反应分析中侧向人工边界距离选取及影响因素分析

结合均匀场地模型和分层均匀场地模型,采用数值试验的方法研究了场地地震反应分析中侧向人工边界距离的选取问题。分析了各主要因素对人工边界距离选取的影响,得到了如下结论:单侧人工边界距离与土层深度之比L/h是影响人工边界距离选取的主要参数;随着侧向人工边界距离的增加,有限元模型的计算误差并不一直减小,在局部范围内,会出现计算误差随着边界距离的增加而增大的现象;场地硬度、阻尼比和激振频率等因素不会影响计算误差随边界距离的变化规律,但采用自由场边界时受输入地震动频谱特性的影响较为明显;对水平激振下的一维场地模型来说,采用结合自由度边界时所需边界距离最短,自由场边界次之,采用粘性边界达到收敛时所需边界距离最长;无论哪种边界条件,当边界距离大于某一范围后,都能得到稳定的计算结果;相对于均质场地模型来说,实际的分层均匀场地建模时可适当减小侧向人工边界距离。     

场地划分中存在的问题及建议

针对现行建筑抗震设计规范中场地分类方法面临的场地分类物理含义不明确,各类场地的界限容易引起设计地震动参数发散等问题进行了探讨并给出解决建议。针对场地分类物理含义不明确的问题,在现行场地分类方法的基础上,根据场地覆盖层厚度和等效剪切波速,对场地进行分层次分类:第一层次与现行的分类相一致,以场地基本周期为基础,根据覆盖层厚度进行分类;第二层次在第一层次分类基础上进一步考虑场地软硬程度,根据等效剪切波速进行亚分类。根据目前对厚软场地地震灾害及地震动特性的研究,并结合大量长周期建筑结构的经济建设发展现状,对场地分类进行了扩展,由原来的四大类扩展到五大类,同时明确各分类界限,尤其是Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ类场地的界限由原来的开放式进行有限化,有效地避免了由场地分类导致的设计地震动参数发散的问题。      

一种深厚覆盖层场地地震动参数的确定方法

基于欧美规范确定了坐落在深厚覆盖层上KH抽水蓄能电站上、下库场地基本运行和最大设计地震动峰值加速度、反应谱和时程等动参数。首先依据场地区域地震烈度区划图、特征周期区划图和依据场地地质地震条件选取的5条种子实测地震动确定场地基岩输入加速度时程、峰值加速度和设计反应谱,进而基于各土层地质参数和一维弹性波传播模拟程序确定覆盖层表面的平均峰值加速度、平均反应谱和5条地震动时程,对所得到的平均反应谱和峰值加速度进行光滑处理后确定可用于各建筑物结构抗震设计的地震动参数,包括覆盖层表面水平向动力响应加速度时程、峰值加速度和设计反应谱。该方法可较好地保留输入地震动的真实动力特性,如持时、相位和频率等,为我国规范中建议的确定场地地震动参数的方法提供有益的补充。     

海域不同类别场地地震动参数变化规律研究

基于海域场地分类标准,选取南海海域实测钻孔作为计算模型,同时人工构造部分钻孔计算模型,对126条不同特性地震动输入下5种类别场地计算模型开展土层反应分析计算,分析不同地震动输入下不同海域场地峰值加速度和特征周期变化规律.结果表明,场地类别和地震动输入强度显著影响峰值加速度放大系数和特征周期,场地土越软,地震动输入强度越...