饱和成层地基中静压单桩挤土效应的有限元模拟

针对实际工程中成层土情况中静压桩存在的问题,在ANSYS平台上,应用位移贯入法对静力压桩的连续贯入的全过程进行有限元模拟,详细对比了在均质土和成层土中静力压桩产生的位移场和应力场。指出软硬土层交界处土体位移加 大,土中挤压应力剧变,出现应力间断。实际工程中,挤压应力间断使已压入桩的侧向受力剧变,导致桩体易开裂、弯折。这里提出相应的解决方法。     

狭窄场地内饱和粘性土中挤土桩的挤土效应

本文就挤土效应产生的机理进行了阐述,对挤土的时空效应进行了分析,提出了挤土桩\     

场地土的随机地震反应分析

研究了剪切模量随深度呈线性变化时场地土的随机地震反应分析方法, 分别建立了基岩输入地震动加速度功率谱函数为白噪声和过滤白噪声时场地土的随机地震反应分析理论。     

成层土中桩土相互作用的颗粒流模拟

以上海某桩基工程项目为背景, 使用颗粒流方法研究了成层土情况下的桩土相互作用过程。在考虑土层成层分布基础上, 将桩-土相互作用以平行连接模型来表征, 以颗粒接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、平行连接模量、平行连接刚度比、平行连接法向强度、平行连接切向强度作为平行连接模型的细观力学性质参数, 以土的黏聚力和压缩模量作为黏结强度和刚度比的取值基础, 以现场单桩竖向抗压静载荷试验所得荷载-位移曲线作为确定细观力学参数的基本标准, 开发了相应桩-土作用过程颗粒流模拟的二维颗粒流代码, 得到了不同土层的细观物理力学性质参数, 分析了竖向荷载作用下桩-土的相互作用过程与土粒的移动特征。结果表明, 不同土层中颗粒位移特征不同, 黏土颗粒位移明显大于砂土, 不同土层的桩-土粒接触力也不相同, 砂质粉土的摩擦系数和刚度较大, 所承受的接触力也就较大, 力链传递方向主要是法向方向。研究结果对分析成层土中桩的荷载传递机理具有一定的参考价值。     

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。     

成层土的一维固结

采用３种方法来分析具有相同固结系数但却有不同压缩性和渗透性的双层土体的一维固结。通过对３种方法的对比分析得出,采用基于压缩系数ｍｖ和渗透系数ｋ来求解的方法比其它方法合理,因为该方法充分考虑了饱儿土体的固－液两相性。     

小角度成层倾斜场地动力响应分析的大型振动台试验研究

基于大型振动台试验,研究小角度成层倾斜场地在倾向、走向、垂向、坡面方向、坡面垂直方向上的地震动响应特征,以及地层倾角对场地反应谱的影响规律。试验结果表明：在倾向方向,随着地层倾角的增大,倾斜场地的放大效应增大;在走向方向,当地层倾角小于12.5°时,放大效应强于水平成层场地;在倾向、走向方向,当地层倾角达到12.5°时,场地对反应谱短周期T≤0.1 s部分具有放大作用,对T＞0.1 s的部分具有削弱作用;在垂向方向,随着地层倾角的增加,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地;在坡面方向,倾斜场地的放大效应弱于水平成层场地;在坡面垂向方向,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地。该研究成果对小角度成层倾斜场地上的建筑物抗震设计具有一定的参考意义。     

互层土的动参数试验研究及其地震反应分析

通过对两个工程场地的淤泥质粉质粘土、粉土、粘土、粉细砂及粉土与（粉质）粘土、粘土与粉砂互层土的自振柱试验结果进行分析,给出了部分土的 - 和 - 曲线,与Seed和Idriss建议的砂土和粘性土的 - 和 - 曲线变化范围进行了对比;同时分析了这两个场地的地震反应,结果表明：在强震时互层土对地震波有很强的滤波作用,且互层土的最大剪应变远大于一般土,在水平地震作用下很容易接近或达到破坏状态。初步分析结果表明：互层土具有软土的动力特性,这主要是由互层土的特殊物理构造造成的,即在互层土中存在很密的水平薄弱面。     

成层场地基本周期简化计算方法研究

从波动问题物理本质出发,提取阻抗比和周期比作为表征不同土层条件下场地周期变化规律的基本特征量。提出了子层周期贡献系数的概念,并指出其可由阻抗比和周期比唯一确定,建立了周期贡献系数与阻抗比和周期比一般关系。采用子层周期加权累加方式形成一套简单实用且具有明确物理意义的成层场地基本周期估算方法,以传递函数法结果为标准,就240种工况算例与现有简化方法进行对比,给出各方法偏差分析和适用性评价。主要结论为:阻抗比和周期比作为场地周期研究的基本特征量,结果具有完备性;传统法无法反映土层结构对场地周期的影响,对最普遍的渐硬型场地,偏差也有可能达到40%以上,对存在极端软夹层情况其偏差极易大于20%;Hadjian法精度明显优于传统法,但方法和参数本身缺乏明确的物理意义;新方法在一般和极端两种情况下最大偏差均不超过8%,偏差小于5%和2%工况数占比分别达到85%和60%以上,高于Hadjian简化法,可以在实际工程中推广应用。     

远场大地震作用下大尺度深软场地的非线性地震效应分析

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台,针对苏州城区典型地层剖面,建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型,对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比,大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著,由于土介质的横向不均匀性及其非线性,使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0.3 s的高频地震波均具有显著的滤波效应;大地震远场地震波作用时,深软场地对周期0.85～1.65 s的长周期地震波的放大效应非常显著,但对2.5～7.0 s的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象,在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域,地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显,且大地震远场地震动作用时,20 m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱? 谱的谱形有显著影响;给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线,可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。     

考虑散射效应沉积河谷空间相关多点地震动模拟

提出了一种考虑地震波散射效应的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法。基于弹性波传播理论,采用合理功率谱、相干函数和传递函数模型,借助原型谱表示法得到沉积河谷空间相关多点地震动,并验证了方法的可行性。其中,传递函数应用动力边界元法计算,可在很宽的频带内精细模拟沉积河谷中波型转换及聚焦效应。针对常见V型河谷开展了计算模拟,结果表明,河谷地形及松软沉积层对地震波传播具有显著影响,河谷地表地震动空间差异性十分显著,一维模型难以考虑地震波的散射及聚焦效应,从而会明显低估沉积内部部分区域的地震动峰值加速度。沉积河谷中大跨结构抗震设计宜采用考虑地震波散射效应的空间相关多点地震动输入。     

层间隔震地震响应分析

为了研究层间隔震结构的减震效果和变化规律,通过运用SAP2000大型有限元分析软件,在建立层间隔震结构的三维模型基础上,设置所在不同的隔震层位置,对所建隔震结构模型进行仿真分析。输入选定的不同地震波,通过结构模型进行分析对比,得出层间隔震结构的变化规律和减震效果,同时讨论不同位置的隔震层对结构变化规律和减震效果的影响,从而验证层间隔震的有效性。     

汶川地震远场黄土场地地震动场地放大效应机制研究

通过汶川地震震后科学考察发现,汶川地震局部场地的震害和地震动放大效应明显,地震对甘肃省境内远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏。在此基础上,结合钻孔波速测试,运用二维等价线性时程响应动分析法对甘肃省平凉市典型黄土塬进行了地震动力响应计算,分析了该地区局部场地条件对地震动放大效应的影响。研究发现,黄土塬具有地震动放大效应,随着塬高的增加,加速度、速度、位移均出现放大效应;随着地震动在黄土覆盖层中的传递,卓越频率向低频移动,高频成分被吸收,加速度反应谱中长周期分量逐渐增大。数值计算结果与实际震害基本吻合,其结果对黄土地区进行合理的抗震设防具有一定的科学意义。     

Blind prediction of the site effects at Ashigara Valley,Japan, and its comparison with reality

Weak and strong ground motions were numerically predicted for three stations of the Ashigara Valley test site. The prediction was based on the records from a rock-outcrop station, one weak-motion record from a surface-sediments station, and the standard geotechnical model. The data were provided by the Japanese Working Group on the Effects of Surface Geology as a part of an international experiment. The finite-difference method for SH waves in a 2-D linear viscoelastic medium (a causalQ model) was employed.Comparison with the real records shows that at two stations the predictions fit better than at the third one. Strangely, the two better predictions were for stations situated at larger distances from the reference rock station (one station was on the surface, the other in a borehole). The strong ground motion (the peak acceleration of about 200 cm s^–2) was not predicted qualitatively worse than the weak motion (8 cm s^–2). A less sophisticated second prediction (not submitted during the experiment), in which we did not attempt to fit the available weak-motion record at the sedimentary station, agrees with the reality significantly better.     

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。     

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。     

建筑物下砂土地震液化分区特征数值模拟研究

基于动力有限元反应分析,对存在于建筑物下的非自由场地的液化特性进行了研究。通过多种工况的计算,探讨了建筑物刚度、宽度和荷载大小对液化区分布的影响。以往一般认为建筑物下的砂土难于液化,而由计算结果及分析,可先实际情况并非这样简单。建筑物基底以下存在易于液化的“V”字型区域,该区域形态与建筑物的刚度、宽度和荷载大小都有密切关系。     

Geologic site conditions and site coefficients for estimating earthquake ground motions in the inland areas of Korea

Site characterization and site-specific ground response analyses were conducted at two representative inland areas in Korea. In situ tests included 25 boring investigations, 7 crosshole tests, 18 downhole tests and 41 SASW tests, and in the laboratory, resonant column tests were performed. The soil deposits in Korea, which were shallower and stiffer than those in the western US, were examined. The fundamental site periods were distributed in the narrow band ranging from 0.1 to 0.4 s. Most sites were designated as site classes C and D based on the mean shear wave velocity of the upper 30 m from the current Korean seismic design guide. Based on the ratio of the acceleration response spectra of ground surface to rock-outcrop, short-period (0.1–0.5 s) site coefficient, F_a ranged from 1.0 to 2.7, and mid-period (0.4–2.0 s) site coefficient, F_v ranged from 1.0 to 1.6, regardless of the input rock outcrop acceleration levels of 0.05 and 0.14 g. The site coefficients specified in the Korean seismic design guide, which is similar to NEHRP provisions and UBC, underestimate the ground motion in the short-period band and overestimate the ground motion in the mid-period band. These differences can be explained by the differences in the depth to bedrock and the soil stiffness profile between Korea and western US. Also, the site coefficients should be re-evaluated accounting for the local geologic conditions on the Korean peninsula.