强震动作用下土体非线性动力特征研究发展与展望

浅地表覆盖土层动力特性对地震动影响显著,软厚土层会明显改变地震动强度及频谱特性。由于观测数据匮乏,强震动作用下土体非线性动力特征研究长期以来均以室内试验为主,但在实验室中难以可靠地模拟实际地震历程中土体承受的加载路径、边界条件、排水条件等复杂因素。近二十年来竖向台阵(至少包含一个地表测点和一个井下基岩测点)记录数据大量增加,为土体非线性动力学研究提供了新的基础数据与发展机遇,使基于现场观测的土体非线性动力特征实证研究成为可能。     

地表/井下反应谱比值非线性统计特征与影响因素研究

浅地表软弱覆盖层对地震动的影响具有强非线性,但因观测记录样本量过小,难以通过参考谱比法等直接方法予以可靠分析。本文基于日本KiK-net台网136个竖向钻井台阵获取的141881组加速度记录的统计分析,研究了地表/井下反应谱比值随地震动强度变化的非线性变化规律与主要影响因素。利用变窗口尺度的滑动窗口平均法加强数据线性度,并确定了与地震动强度相关的台站最小记录样本量,统计结果表明地表/井下反应谱比值平台值随地震动强度变化的非线性衰减指数为−0.24～−0.08。利用套索（Lasso）算法统计回归发现,本研究12个场地特性表征参数中,30 m平均剪切波速（$ {V}_{\mathrm{s}30} $）、场地卓越频率与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的正相关性;较弱强度地震动作用下地表/井下傅里叶谱比值峰值、地表/井下反应谱比值峰值与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的负相关性。     

近场地震动频谱特征周期研究

基于999条具有完整信息的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录,对反映地震动频谱特性的不同特征周期参数(反应谱卓越周期T。、平滑化反应谱卓越周期T_o、傅氏幅值谱平均周期T_m)进行了研究,分析了场地条件、地震震级等因素对近场水平向及竖向地震动频谱特征周期的影响,并探讨了我国现行规范中设计反应谱特征周期T_g取值的合理性问题。统计结果表明:在近场区域场地和震中距仍是影响地震动频谱特征周期的重要因素,因为近场地震动的复杂性,震级对地震动频谱特征周期的影响不是很明显;近场区域竖向与水平向地震动的频谱特征周期有明显差别,且场地越软竖向与水平向地震动频谱特征周期的比值越小;我国现行抗震规范中设计反应谱的特征周期取值偏低,可能是偏于不安全的。     

研究局部场地条件对地震动影响的响嘡遥测台阵

对原有的响嘡三维场地条件影响台阵进行了扩建改造。增设了一个深度为47m的测井,对钻孔土样进行了土动力学测试,弥补了缺乏详细土层特性资料的缺陷。新老测井观测点均架设了电话线路,实现了观测中心与台阵之间的远程监控和数据传输。已经获取的一批中小地震近场记录可以用来进行盲测研究。     

大姚6.2级地震的强地震动观测研究

2003年7月21日23时16分30秒,云南大姚发生Ms6．2级强震。震后,云南省地震局与中国地震局工程力学研究所在震区联合开展强震动观测,取得了多次小震源距强余震地震动记录,为研究近源区地震动的特征以及震源过程提供了有价值的基础数据。     

唐山地区强震动记录的应用研究初探

本文给出了唐山地区强震动记录应用研究的两个实例,提出了建筑结构采用时程分析时选用强震动记录的原则和方法,通过对唐山地区强震动记录的分析处理,得到了其峰值加速度及加速度反应谱,确定了本地区进行弹性时程分析时选用的强震动记录;研究了局部场地条件对地震动影响的唐山响堂三维强震动观测台阵,以唐山响堂台阵2号测井(地下32m)的基岩强震动作为输入,通过2号测井的土层剖面,利用2个一维土层地震反应分析程序,分别计算得到地表的峰值加速度和加速度反应谱,并把计算结果与同次地震相应的地表强震动记录峰值加速度与加速度反应谱进行了对比分析。     

HVSR方法用于地震作用下场地效应分析的适用性研究

以美国Garner Valley Downhole Array（GVDA）竖向观测台阵的强震观测记录为基础,利用水平与竖向谱比（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio, HVSR）方法与传统谱比方法研究了多次地震作用下竖向台阵场地的波动传播规律,探讨了该场地HVSR曲线与传递函数（Transfer Function, TF）曲线的差异,综合利用频域求解一维层状场地P、SV波入射情况下场地响应的土层地震反应分析方法和合成理论地震图的波数积分法解释了二者差异可能的原因,在此基础上研究了HVSR方法应用于地震作用下场地效应分析的适用性.研究结论表明：竖向地震动场地效应是HVSR与传递函数产生差异的主要原因,竖向地震动场地效应主要是由竖向地震动中的P波成分引起的.在场地竖向放大可以忽略的频段范围内,HVSR可以作为传递函数研究地震作用下的场地效应.     

攀枝花M_S6.1地震余震强震动流动观测

对2008年8月30日攀枝花发生的6.1级地震强余震流动观测记录进行了分析处理,绘制了余震等值线图,讨论r相关问题.通过对P波分析看出:P波显示出明显的方向性,强余震的地震动加速度时程呈现出多普勒效应.为今后强震动观测资料的使用及强震动流动台站的布设,提供了有益的经验.     

地震动场地调整系数研究

回顾总结了近20年国内外关于地震动场地调整系数的主要研究成果,重点分析强震动观测和数值理论方法在考虑场地条件对地震动参数影响方面的效果,总结各类方法的适用性和优缺点,结合国内外相关规范条文对比分析国内外的主要成果,得出我国软土的场地调整系数值小于国际水平,并进一步分析了造成这种差异的原因。最后基于目前国际地震区划工作的发展趋势以及各行业相关规范的新技术需求,对新一代区划图的研究工作进行了展望。     

唐山地区震源模型及局部场地效应

本文利用唐山地区强震观测台网在过去几年中记录到的强震数据,采用震源,传播路径和局部场地效应分离方法和非线性曲线拟合技术,模拟了唐山地区的震源参数,计算了唐山地区的绝对局部场地效应。     

场地地震动水平/竖向谱比与地表/基底谱比差异及修正水平/竖向谱比法研究

局部场地条件是决定场地地震动强度和频谱的重要因素,基于强震动和脉动记录的统计分析,获取表征场地条件影响的特征参数已成为确定工程场地设计地震动的较经济和实用方法,特别是对于大范围或难以开展现场勘测的工程场地.利用日本KiK-net台网强震动记录计算分析了台站场地地震动水平/竖向谱比(HVSR)与地表/基底谱比(SBSR)...     

近断层地震动作用下土质边坡动力响应研究

根据汶川地震中滑坡多沿断层分布的特点,利用FLAC有限差分软件建立了一个土质边坡动力数值分析模型,分别研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作用下边坡的动力响应.结果表明:含速度脉冲地震动对边坡的破坏作用远强于无速度脉冲地震动,且具有滑冲效应的地震动引起的边坡动力响应稍大于向前方向性效应地震动.近断层地震作用下,边坡水平方向绝对峰值加速度分布存在沿高程放大效应.具有向前方向性效应的地震动会增强边坡加速度的高程放大效应而具有滑冲效应的地震动则在一定程度上削弱了这种放大效应,且边坡中下部绝对峰值加速度值相对于向前方向性效应地震动和无速度脉冲地震动引起的绝对峰值加速度值较大.     

黄土斜坡动力响应特征分析

斜坡动力响应特征与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近斜坡卓越频率就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。汶川地震对远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取汶川地震典型黄土斜坡场地,利用地形台阵流动观测和数值模拟计算相结合的方法,系统开展强震动作用下黄土斜坡场地动力响应特征研究。结果表明:坡顶卓越频率最小,其PGA放大系数甚至达到坡底的1.98,这种现象可能与斜坡高差和入射波波长之比密切相关,比值0.2时坡顶放大效应达到最大。随斜坡坡度增加,放大效应增强,坡顶反应谱卓越周期放大系数可达5,说明斜坡地形对强震地面运动有显著影响。数值计算结果与实际强震观测基本吻合,其结果对黄土地区建设工程抗震设防具有重要的科学与实际意义。     

不同土压力模式下土钉受力特征探讨

土钉支护体系作为一种经济、有效的支护方式而得到广泛的应用。但关于土钉力计算的理论依然相对缺乏,远远落后于工程实践,严重制约了土钉技术的发展。基于杨光华提出的土钉力简化计算方法[1],以4种不同的土压力模式为背景进行简化,并对比分析不同土压力模式下的土钉力分布,结果表明:采用根据侧壁主动土压力与总土钉力相等并考虑施工过程的影响和增量法的土钉力简化计算方法简便,且采用三角形土压力分布模式与梯形土压力分布模式(二)较采用其他两种土压力分布模式简化计算得到的结果与监测结果更接近。     

土质边坡地震动力响应规律研究

地震往往会触发大量的山体滑坡,给人类和社会带来巨大灾难。为研究探索土质边坡在地震作用下的动力响应规律,本文建立了二维均质边坡有限元模型,模拟计算了其在地震作用下的动力响应,对地震响应中学术界和工程界最为关心的加速度、位移和频谱特性响应进行了研究分析,并得到以下几点结论:①在坡顶和坡面处,与输入地震动加速度时程比较,输出加速度峰值出现的时刻有滞后现象;②坡体内部对输入地震动PGA存在垂直和临空面放大作用,同时垂直放大作用呈现出节律性变化的特点;③地震作用下坡体的最大变形在水平方向上出现在坡脚处,在竖直方向上出现在坡肩处;④边坡体内部对输入地震动的频谱成份产生滤波作用,滤掉了输入地震动中的高频成份,且随着高度的增加,这种滤波作用呈现增强的趋势。     

地铁荷载下粉性土动力特性研究进展

近年来中国各大城市为解决城市交通问题而大力兴建地铁工程,由此引发的工程环境问题也越发明显.本文对国内外地铁荷载作用下土体的动力响应理论、地铁荷载下粉性土动力特性试验以及地铁隧道长期沉陷等研究进行评述,分析和总结了地铁循环荷载作用下粉性土研究中存在的问题,并提出了今后研究的发展趋势.     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。