关于抗震设计场地反应分析客观性的一些探讨

在工程抗震设计领域,以SHAKE为工具的场地反应分析已得到广泛应用。场地反应分析简单、易行,然而要得到准确、可靠的分析成果仍需要长期的经验积累和相当的技巧。其中需特别注意的是：场地反应分析所需要的各土层参数均具有相当大的不确定性。这些不确定因素主要来自于：初始剪切模量G0（或最大剪切模量Gmax）、剪切模量衰减曲线、阻尼曲线以及可能存在的软弱土层。对于大型基建工程,场地反应分析的成果对于整个工程的安全、经济性都有重大影响;因此,针对其不确定性应该进行严谨地论证,并在工程设计中充分考虑。建议对各主要参数进行敏感度分析,并将结果综合起来以形成一套理性、可靠的场地反应分析方法。     

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。     

Seismic microzonation of Dehradun City using geophysical and geotechnical characteristics in the upper 30 m of soil column

The understanding of geotechnical characteristics of near-surface material is of fundamental interest in seismic microzonation. Shear wave velocity (Vs), one of the most important soil properties for soil response modeling, has been evaluated through seismic profiling using the multichannel analysis of surface waves in the city of Dehradun situated along the foothills of northwest Himalaya. Fifty sites in the city have been investigated with survey lines between 72 and 96 m in length. Multiple 1-D and interpolated 2-D profiles have been generated up to a depth of 30–40 m. The Vs were used in the SHAKE2000 software in combination with seismic input motion of the recent Chamoli earthquake to obtain site response and amplification spectra. The estimated Vs are higher in the northern part of the study area (i.e., 200–700 m/s from the surface to a depth of about 30 m) as compared to the south and southwestern parts of the city (i.e., 180–400 m/s for the same depth range). The response spectra suggest that spectral acceleration values for two-story structures are three to eight times higher than peak ground acceleration at bedrock. The analysis also suggests peak amplification at 3–4, 2–2.5, and 1–1.5 Hz in the northern, central, and south-southwestern parts of the city, respectively. The spatial distributions of Vs and spectral accelerations provide valuable information for the seismic microzonation in different parts of the urban area of Dehradun.     

宁波深厚软土动力特性研究及其地震响应分析

利用Davidenkov模型对宁波深厚软土地区土动力试验数据进行拟合分析,确定相关拟合参数,结果表明该模型能较好地描述软土的动剪切模量和动阻尼比随动剪应变的变化规律。然后,基于等价线性化方法以及ANSYS软件的APDL语言进行简单的二次开发,编写Davidenkov模型计算程序,并利用经典的SHAKE软件进行验证,结果表明该程序计算结果很好,能解决目前商业软件中缺乏合适的土体非线性动力本构模型的不足。最后,利用开发的模型计算分析宁波深厚软土的地震响应规律,并与规范推荐的简化计算公式进行比较分析,结果表明规范推荐的公式得到的土体响应偏大,对于地下结构的抗震设计偏于保守。研究成果对确定深厚软土地区土体动力特性及其地震响应研究提供了合理的计算方法。     

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。     

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。     

Influence of the Sedimentary Cover in the Cologne Area on the Shape of Response Spectra

For the greater area of the city of Cologne a microzonation from an earthquake engineering perspective was introduced. The area has been divided into eight subregions with approximately uniform soil profile. For all regions the influence of the sediments on simulated earthquakes has been investigated by three well known methods: 2-layer solution, SHAKE 91, HASKELL matrix algorithm. The transfer functions and response spectra were computed and compared to the elastic acceleration response spectra of the German building code E-DIN 4149. Two different methods for the generation of synthetic accelerograms and the three wave propagation analysis procedures have been compared and a series of issues relevant to the practical application of them were discussed.     

等效线性场地响应程序对比研究

为了评价4种等效线性场地响应软件的适用性,选取深厚场地作为研究对象,将基岩地震波作为地震输入,根据土层剪切波波速和容重确定初始剪切模量并设置对应的模量衰减和阻尼比曲线,分别用SHAKE 2000、 DEEPSOIL、EERA和Strata 4种等效线性场地响应程序计算得到地表的加速度时程及相应的加速度反应谱和傅里叶幅值谱\,场地的最大剪应变和峰值加速度随深度的变化曲线。计算结果表明,由4种场地响应软件得到的地表加速度时程对应的加速度反应谱和傅里叶幅值谱一致,由于土层划分方式不同,Strata软件得到的峰值加速度和最大剪应变深度曲线不同。总结4种软件的不同,DEEPSOIL可以较全面考虑土的动力特性,Strata提供随机振动理论进行场地响应分析并可以考虑土层参数的变异性。     

基于实际记录的现有等效线性化分析程序对比研究

根据我国建筑抗震设计规范中场地的分类原则,确定日本KiK-net中台站的场地类别。运用SHAKE2000和LSSRLI-1对不同类别场地的峰值加速度、反应谱、剪应变等进行计算,给出Ⅰ~Ⅳ类场地的计算结果,并将计算结果进行汇总后进行对比分析,得到不同场地条件下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果的差异以及计算结果与实测记录之间的差别。研究表明,土的动模量比、阻尼比的非线性以及场地类型对计算结果影响较大,Ⅰ、Ⅱ类场地中大多数情况下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果相差不大;Ⅲ、Ⅳ类场地中多数情况下SHAKE2000和LSSRLI-1计算结果相差不大。以实测记录为基准,SHAKE2000结果好于LSSRLI-1计算结果,特别是对于Ⅲ、Ⅳ类场地中,土体为强非线性工况而言,SHAKE2000结果要明显好于LSSRLI-1计算结果。初步分析表明,SHAKE2000与LSSRLI-1计算结果差异来自于计算剪应变的不同。     

基于ANN和GIS耦合模型的场地地震液化势评价系统研究

采用组件式GIS (COMGIS)技术开发了结合BP神经网络分析模型的场地地震液化势评价系统,调用水平成层土地震反应分析程序SHAKE91实现设定地震下地震动影响场的模拟。在VB下调用Matlab神经网络工具箱来完成场地地震液化势评价模型在COMGIS系统中的模块化;利用GIS技术对评价结果,即液化势等级进行空间复合,给出场地潜在的地层液化势空间分布图。研究表明,SHAKE91应用程序在系统菜单下可直接调用,实现地震动影响场计算的模块化;BP神经网络技术应用于场地地震液化势评价中能达到较为理想的效果;系统的GIS空间分析功能可使评价结果与场地信息进行空间匹配,实现目标场地潜在地震液化势的快速评估。