基于ArcGIS的场地地震稳定性分析方法

场地地震稳定性一直是岩土工程和工程抗震领域非常关注的问题之一,对防灾减灾意义重大。本文提出一套基于ArcGIS评价场地地震稳定性的技术方法,即将ArcGIS与层次分析法相结合,分析处理主要影响场地地震稳定性的因素,最终得出场地地震稳定性区划图。该方法中ArcGIS可将众因素分散的基础数据处理成系统的数字化与可视化的属性数据库和空间数据库,并可在此基础上进行数据运算和等级自动划分;而层次分析法是数据运算的基础,该方法分别对各个因素内部不同区域的特性和各要素之间对场地地震稳定性影响的权重进行定量分析,以便在ArcGIS中进行叠加运算。以唐山地区为例,对上述方法进行了专题论证,得出该地区的场地地震稳定性的等级区划图,划分的区域与地震灾害专家对唐山大地震发生三天后拍摄的航拍片的解译进行对比,结果基本吻合。这验证了本文所用技术方法在分析场地地震稳定性方面的适用性,为我国的防灾减灾计划和国土资源的规划利用提供依据。     

地震动有效幅值不对称性特征研究

利用国内外287次5级以上的实际地震记录,研究了地震动有效幅值的不对称性特征及其规律。分别用有效幅值不对称比和有效幅值作用次数不对称比来描述地震动的不对称性,统计结果具有规律性,并提出了其估计公式。结果表明:地震动有效幅值不对称性和有效幅值作用次数不对称性特征明显,幅值不对称比的平均值不受震级影响,但与截断比呈非线性递增关系,截断比小于1/3时不对称比在1.07～1.20之间,截断比大于1/3时不对称比在1.13～1.96之间;有效幅值作用次数不对称比的平均值不受震级影响,但与截断比呈非线性递增关系,截断比小于1/3时作用次数不对称比在1.04～1.31之间变化,截断比大于1/3时作用次数不对称比在1.22～1.80之间。     

相对密实度对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出砂土相对密实度对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;应变比C与砂土相对密度间关系具有规律性,随相对密度增大而降低,若采用以20周作为标准作用次数、0.65倍地震波峰值为等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。同时,冲击型荷载的应变比C`要远大于振动型荷载。     

基于API规范的液化土层桩基p-y曲线修正计算公式

基于小型振动台拟静力试验和往返动荷载试验,将得到的静力p-y曲线及滞回曲线与基于静力方法提出的API规范方法进行对比研究,指出了采用目前API规范中的折减系数方法进行液化土层中桩基横向承载力计算时与实际不符并导致工程设计无法接受的原因。进行四种不同相对密度可液化土中大型振动台桩?土?承台动力相互作用大型振动台试验,考虑到API规范方法在工程中的广泛应用性和可接受性,在不改变其基本模式前提下,提出其中土体初始模量和极限土阻力两个修正参数,以地震波输入下的振动台试验对构建的公式进行验证,结果较为吻合。     

散射问题中柱面坐标波函数的全域变换公式

为满足偏心源和多体散射理论研究发展的需求,阐明了柱面坐标下波函数变换的基本类型,指出了现有变换公式的局限性,提出了全域变换公式,给出了应用实例并讨论了应用前景。研究表明,不同柱面坐标下波函数变换可以分为内域和外域两种基本类型,现有Graf加法公式仅适用于内域变换问题。提出的新公式突破了现有公式的限制,可完成弹性波散射问题中不同圆柱坐标系下波函数全空间域上的变换。应用新公式,构造了圆形空穴的外线源散射和内线源散射的解答,通过实例与大圆弧近似方法进行了对比,表明了新公式的优势和有效性。波函数变换基本类型的划分、全域变换概念的引入和公式构建的原理具有普适性,可以推广到其它坐标系下波函数的坐标变换公式的建立中。     

汶川地震液化土层类型验证及土性分析

2008年5月12日汶川特大地震中,除在山区引发了大量山体滑坡、崩塌和泥石流外,在成都平原等地液化现象也十分普遍。液化主要分布在含砂、砾石和卵石等的第四系地层。依据地层分布特征和地震烈度,选择6个典型液化点（带）进行现场勘测和试验,以验证液化土层类型、了解液化土层的土性特征,并检验《建筑抗震设计规范》中液化判别方法的适应性。结果表明：(1) 典型液化点土类包含砂、砾石和卵石等,6个验证点中有2个为砂层液化(其中1个为砾砂)、3个为砾石层液化和1个为卵石层液化;(2) 与非液化地层相比,液化地层结构松散,均匀性差,颗粒大小分布曲线较平缓,不均匀系数较大,其中液化砂土级配良好,砾石和卵石级配不良;(3) 依据《建筑抗震设计规范》液化判别方法,将验证点1中砂液化判为非液化,其余5个验证点由于含较多粗颗粒,因无法进行标准贯入试验而无法进行液化判别。     

固结比对土最大动剪切模量的影响

采用共振柱试验方法,研究了固结比对土最大动剪切模量的影响并给出了土最大动剪切模量的建议公式。通过对砂土、粉质黏土和粉土的系统试验,提出了不同固结比下土最大动剪切模量与固结比kc-1呈指数形式的增长模式,不同于Hard in公式最大动剪切模量与固结比kc呈直线形式的增长模式。同时给出了计算不同固结比下砂土、粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hard in公式进行了对比,结果表明,固结比对土最大动剪切模量影响程度明显比Hard in公式要大,固结比对粉质黏土和粉土最大动剪切模量的影响程度要比对砂土的影响程度更大。     

土非线性参数变异性对标准设计谱的影响

岩土工程中存在许多不确定性,建筑物抗震规范设计中的标准设计谱实际代表着一种平均结果,并没有考虑到场地土体非线性参数的变异性。文中采用数值模拟的方法研究了土非线性参数变异性对标准设计谱的影响。给出了考虑土非线性参数变异性的概率设计谱。结果表明,土非线性参数变异性对标准设计谱的影响显著;粘性土和无粘性土的动剪切模量比对标准设计谱的影响决定于土非线性参数的概率水准,同时也取决于概率设计谱的频段;烈度7度、8度和9度下土体动剪切模量比变异性使标准设计谱平台最大变化50%、80%和100%,阻尼比变异性使标准设计谱平台最大变化40%、45%和60%。     

兰州地区剪切波速实测误差分析与评价

为了给兰州乃至西北地区的地震安全性评价和重大工程抗震设计提供参考,在兰州地区选取4个不同类别场地,完成由10家单位参加、使用不同仪器剪切波速现场测试误差专项实验,研究该地区剪切波速实测误差分布规律,讨论测试误差对地表加速度反应谱影响的统计特征,并给出该地区剪切波速测试误差评价。结果表明:兰州地区各单位剪切波速测试误差具有明显规律性,测试误差绝大部分符合标准正态分布,且误差大小不随深度和场地类别而改变;兰州地区波速测试水平优于全国平均水平,Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地的剪切波速测试精度较高,偏差较小,其平均标准差可以定为10%;就兰州地区而言,其1倍波速测试标准差引起PGA最大偏差为25%,2倍标准差为50%;给定波速测试误差下反应谱变化程度与输入波形相关,输入波频率成分与场地频率成分接近的地震输入下,误差影响较大,反之则影响较小。     

土体弱化等级及其与地震动关联性初探

本文采用统一观点,以地震下土体剪应变衰减为出发点,对土体弱化程度进行整体等级划分,采用简化理论模型,初步研究了土体不同弱化程度与地震动特征相对变化的关系。研究表明,土体的弱化程度可划分为低弱化、中等弱化、强弱化和流动破坏(液化)四个等级,土体低弱化和中等弱化状态下地表加速度的高频成分占优,而土体在强弱化和液化状态下地表加速度长周期成分显著占优;与未弱化相比,低弱化PGA变化很小,中等和强弱化的PGA增大,且强弱化下增大显著,而液化下PGA变化则不定;与未弱化相比,土层弱化下低频放大和高频滤波作用同时存在,但二者比例关系则依土体弱化程度和输入波而定;中等弱化下低频放大和高频滤波效应大略相同,强弱化低频放大作用大于高频滤波作用,而液化下对低频丰富输入波低频放大则十分显著;相对未弱化,土体弱化对高频滤波和低频放大比例关系的影响与对PGA放大效应的影响趋势一致。