两种一维土层地震反应分析方法对比

依托涵盖4类场地的72个真实土层钻孔剖面数据,对一维土层地震反应分析计算方法SHAKE91和DEEPSOIL进行系统对比,分析两种方法计算出的峰值加速度(PGA)和加速度反应谱(PSA)的异同,探讨其适用性。结果表明:两种方法计算得到的峰值加速度差异不仅随着场地变深软而增大,而且随着地震动输入强度(PRA)增大而增大;对于加速度反应谱的谱形,两种方法得到的结果具有相似性,均反映了场地的地震反应特点,但SHAKE91对加速度反应谱卓越周期的变化影响较大,而DEEPSOIL对输入地震动的高频成分保留更多;在场地条件较硬(I类)、输入地震动强度较弱(0.1g)和输入地震动高频成分丰富(Nahanni波)时,SHAKE91和DEEPSOIL计算结果之间的差异可忽略不计。     

220kV北兴输变电变电工程地震安全性分析

通过对220kV北兴输变电变电工程区域地震地质背景,近场区地震构造与地震活动性分析,结合工程场址地震地质条件．对工程场地进行了地震危险性分析和计算。运用地震危险性概率分析的方法,分别给出了场址50年超越概率63％、10％和2％的基岩地震水平加速度值,并在此基础上通过土层非线性地震反应计算分析,给出场地设计地震动加速度反应谱及地表水平向地震影响系数．确定了该工程场址抗震设防参数,为该输变电工程建设抗震设计提供了科学依据。     

不同厚度砂卵石土场地地震反应特征研究

为了研究土层厚度对砂卵石土场地地震反应的影响,结合振动台模型试验与一维等效线性化分析方法,对砂卵石土场地地震反应特征进行了研究,分析了不同土层厚度砂卵石土场地在不同地震激励下的地震反应规律.结果表明:随土层厚度的增大,砂卵石土场地地表加速度峰值放大系数呈现出先增大后减小再增大,最后趋于稳定的规律.地表水平位移峰值随土层厚度的增大不断增大.随土层厚度的增大,加速度反应谱上升段和平台段存在减震现象,平台段后半段、下降段幅值明显增大,直线段幅值在土层厚度增量较大时明显增大.研究成果可为砂卵石土场地地震安全性评价工作及相关工程抗震设计提供参考.     

河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.     

地表硬盖层厚度对场地地震反应的影响分析

基于某核电站场地工程地质资料,构建了5个硬盖层厚度不同的工程地质剖面,并结合分层岩土体的动静力参数值建立了5个一维分析模型,应用一维土层地震反应等效线性化方法分析了硬盖层厚度对场地地表峰值加速度与反应谱的影响,分析结果表明:硬盖层导致场地地表峰值加速度小于地震动输入峰值加速度,具有显著的隔震效应;不同硬盖层厚度对地表峰值加速度及其与输入峰值加速度比具有显著影响,总体呈现随硬盖层厚度增加而减小的趋势;对于一定的硬盖层厚度,随输入峰值加速度增加峰值比变化不大,说明输入峰值加速度增加未引起各分析模型的非线性效应显著差异;对于同一输入峰值加速度水平下,硬盖层厚度越大,对地表加速度反应谱的影响频带越宽,6. 0s以上周期的各模型加速度反应谱差异不明显,且随周期逐渐变长,反应谱基本接近,而6. 0s以下周期范围内的反应谱值差异较明显.     

不同场地类别条件下框架结构地震响应的方向差异性研究

结构地震响应与所在场地的土层条件密切相关，而水平双向地震动作用方向的差异也会导致结构不同方向震害的差异.基于设计反应谱，选取了20组实际记录的水平双向地震动，针对基岩（Ⅰ0）、Ⅱ类以及Ⅲ类场地，对五层钢筋混凝土框架结构在双向地震动作用以及场地土层非线性效应共同影响下的地震响应进行分析，研究场地效应对地表地震动方向性以及上部结构地震响应方向性的影响.研究表明：在结构抗震设计时，不仅要考虑场地效应引起的地表地震动放大，还需要考虑场地效应引起结构地震响应的最不利方向以及方向差异性相比于基岩地震动作用时的变化；仅考虑出露基岩地震动输入的结构地震响应分析往往不安全，且忽略了场地效应对结构地震响应最不利方向的影响.     

双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响

地铁隧道的存在破坏了原有场地的完整性,进而在地震来临时影响场地的地震反应。为探讨双线地铁隧道建成后对场地地表水平地震动的影响,针对北京某一典型双线地铁隧道工程场地,建立三维非线性场地模型。采用自由场边界和应力时程地震波输入方式,运用有限差分数值分析软件FLAC~(3D)进行模型计算,分析了双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响。结果表明:1双线地铁隧道的存在使隧道附近场地地表地震动峰值加速度呈现先增大后减小并趋于自由场的趋势;2双线地铁隧道的存在主要影响场地加速度反应谱的短周期部分;3入射地震动频谱对双线地铁隧道的场地地震反应有着显著的影响。文中得出的影响规律,为双线地铁隧道附近场地的设计地震动参数确定提供参考依据。     

地震作用下海底场地地震动效应研究

通过ABAQUS运用一维时域显式积分方法,采用6条地震波,对某海域两个油田场地进行地震反应分析,得到在不同强度地震动时海底场地的反应,并且对两个海底场地按照现行规范进行场地类别划分.结果表明,海底波的反应谱特征明显区别于陆地波;随着基岩输入地震动强度的增大,其反应谱峰值逐渐增大,且地震动强度主要影响反应谱的高频段,对低频段的影响有限;而海底场地对地表峰值加速度的放大作用逐渐减小,呈非线性变化.现有的针对陆上地震抗震设计参数的选取对海域场地适用性较差,有必要针对海底场地展开相应的研究.     

昆明地区不同类型场地对近震大震地震反应特征对比研究

对昆明两个不同土层结构性质的场地模型输入同一个人工合成近震大震地震波的基岩地震动,得到了两个场地土层反应的地表地震动加速度时程及其反应谱,对比分析了它们的特征和差别,探讨了这两种不同性质土层在基底遭受近震大震时场地地震反应对地面运动特征的影响及其意义.     

场地硬夹层对核电厂结构地震响应的影响分析

针对含有硬夹层的土层场地,考虑地基与结构之间动力相互作用的情况下,采用频域分析方法分析场地土层中的硬夹层对某核电厂结构地震响应的影响,计算了不同硬夹层场地情况下核电厂结构的地震动峰值加速度和加速度反应谱响应值,探讨了硬夹层场地上核电厂结构的地震响应特征.计算结果表明:核岛结构地震响应的峰值加速度和加速度反应谱受场地中硬夹层厚度影响而改变,其影响不可忽视.场地中存在硬夹层总体上会减小核岛结构的水平向响应而增大竖直向响应,对较高频段谱和峰值加速度值的影响更为显著,但硬夹层厚度很大时,其影响趋势出现相反的结果,会增大结构的水平向响应而减小其竖直向响应;场地中硬夹层对核岛结构响应的影响特征较为复杂,尤其会改变核电结构响应的频谱特性,其影响程度与覆盖土层厚度、硬夹层厚度以及输入地震动特性、核电厂结构特性等均有密切关系.核电厂选址在有硬夹层的场地时,应特别关注其对核电厂结构地震响应的不利影响,为实际核电工程选址及结构抗震能力评估提供合理的地震动输入.     

深覆盖土层地震反应分析中的若干问题

以上海地区土层地震反应分析为例,讨论了深覆盖土层地震反应分析中的几个典型问题.如土层下卧缓倾角基岩面的影响,土层中假想基岩面的合理性问题,基岩波速对土层地震反应的影响,以及土介质动力特性的影响等.通过数值计算,得出了以下主要结论:下卧基岩面不大于2°的缓倾角影响可以忽略不计,假想基岩面会带来很大的计算误差,坚硬基岩的弹性对土层地震反应的影响很有限,应重视工程场地土介质动力特性参数的现场勘测.     

考虑基岩影响的场地自振特性

建筑物与工程场地之间发生共振效应,是产生震害的一个主要原因。为了使建筑物避免与场地发生共振,开展工程场地自振特性的研究是非常必要的。但是,目前对场地自振特性研究普遍将下卧层基岩视为绝对刚性体,忽略场地土体与其下卧基岩之间的相互作用,这一假设与实际情况并不相符。为此,本文提出一种可以考虑基岩影响的计算场地自振周期方法。该方法假定场地基岩为无限大半空间弹性体,将不同周期简谐波作为从基岩入射至土层中的地震波,应用界面子波方法计算地面地震反应,根据最大反应值与谐波周期组成的反应谱确定场地自振周期。为了区别于地震工程中单自由度体系的地震反应谱法,本文称此计算方法为谐波激励谱法。应用此方法计算了某工程场地的自振周期,所得计算结果与文献资料非常吻合,据此验证了此方法的正确性。在此基础上,通过改变基岩波阻抗参数,计算得到考虑基岩影响的场地自振周期,研究了基岩对场地自振特性的影响。研究表明,尽管基岩变形性质不会影响场地自振周期的取值,但是却增大了其影响范围,对设计建筑物避让场地自振周期带来不利的影响。     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

地震动分段输入的等效线性化方法

在一维土层地震反应等效线性化分析中发现,在强地震动输入下,等效线性化方法计算结果低估了地表峰值加速度水平,实际竖向台阵的观测记录与计算结果的比较证实了这一现象.其原因在于等效线性化方法在每次迭代中等效剪应变取为一常数,即最大剪应变水平的0.65倍,其整体提高了土体的地震动剪应变水平,导致计算分析中土体动剪切刚度比的降低和动阻尼比的增加,人为使得土体过分软化,造成地震动输入中高频成分过度滤波,加速度峰值偏低.为了使等效剪应变水平接近实际剪应变,在一维土层地震反应等效线性化分析中,本文提出了地震动分段输入的分析方法,即:设定某一阈值,在地震动时程第一次和最后一次超过该阈值的两个时间点处,将其分为3段,分别输入计算,并由分段计算结果叠加得到总的地震反应.阈值的选取与场地类型有关,不同的场地类型产生非线性效应的地震动阈值不同.计算结果表明,该方法比加速度时程一次性整体输入更趋合理.     

苏州城区凹陷沉积土层对地震反应特征的影响

针对土层非均匀分布的苏州城区凹陷沉积场地,采用黏弹性人工边界模拟无限域场地的边界,基于ABAQUS建立大尺度二维有限元模型,分析了加速度峰值、位移峰值、频谱等地震动参数特征,探讨了凹陷沉积土层对地震效应的影响.结果表明:凹陷沉积地震动响应呈现较大的空间差异性,局部位置地表加速度放大效应明显;苏州城区场地敏感周期段为0.20～0.70 s,与水平均匀场地相比,凹陷沉积场地地表反应谱沿横向变化较大,越靠近地表,反应谱谱峰越向长周期方向偏移;由于地震波在局部区域聚焦,凹陷沉积场地PGA值沿深度方向呈起伏变化现象;沿水平方向的PGD随土层深度增加呈非单调递减,且与输入地震动频谱特性相关.大尺度二维模型一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布对地震波传播过程的影响.     

曲靖盆地粉质黏土、黏土土动力参数的统计分析

土动力参数是土层地震反应分析中不可或缺的重要参数,且区域性特点较强.曲靖断陷盆地主要发育于晚新生代以来,上新世沉积层厚约600 m.地层主要以湖积、冲积相为主,多以薄层或透镜体形态分布.文中收集了曲靖盆地内89个场地的92组粉质黏土和107组黏土的动三轴试验数据,进行了统计分析,并通过土层地震反应分析计算,与袁晓铭的推荐值和《工程场地地震安全性评价工作规范》(DB001—94)中给出的规范值进行对比.结果表明:3种不同的土动力参数存在较大差异,对土层地震反应分析结果亦有较大的影响,随着超越概率的降低,对峰值加速度、反应谱和特征周期的影响更加明显;本文统计的土动力参数与实际值对应的土层地震反应分析结果较接近,因此本文统计的粉质黏土和黏土土动力参数在曲靖盆地具有一定的代表性和适用性,在Ⅱ、Ⅲ级工程场地地震安全性评价工作中具有一定的借鉴和参考作用.     

云贵彝良-威宁中强地震地震动特性

2012年9月7日,我国西南云贵交界彝良-威宁地区连续发生两次中强地震,为地震动特性的比较研究提供了强震动记录．考虑距离、方向的影响,从地震动衰减关系和反应谱两个方面考查了两次地震强震动的工程特征．结果显示,竖向地震动峰值在近场和中场区域明显高于水平向地震动,竖向地震动峰值随距离衰减更快;55．6级地震动峰值在近场和中场明显大于必;5．7级地震动,但地震动峰值衰减速度也较快;与其他研究结果比较表明,这两次地震的峰值总体上偏低．尽管两次地震绝大多数台站的场地为土层场地,但其平均规准谱在中长周期段的谱值明显低于规范设计谱．     

软土场地中地铁地下车站对邻近高层建筑地震加速度响应的影响

基于典型的南京软土场地条件,建立地铁地下车站—土体—高层建筑系统二维非线性有限元分析模型,研究了两层三跨岛式地铁地下车站结构对邻近高层建筑地震加速度反应的影响规律.结果表明:地铁地下车站使高层建筑与地表接触位置的地表加速度反应动力系数!谱谱值在周期0.5~3 s范围有所增大,建筑各层的峰值加速度反应基本上均有所增大,局部楼层的峰值加速度反应增大达43.7%.随高层建筑与地铁车站间距的增大,该影响逐渐减小.若高层建筑分别采用桩基础/筏板基础,间距与地铁地下车站宽度之比D/B≥1,而D/B≥0.75时该影响可以忽略.     

软夹层埋深对地表地震动参数的影响

本论文主要研究软夹层埋深对地表地震动参数的影响,对于指导建筑结构抗震设计具有重要意义。通过等效线性的方法进行场地地震反应分析,采用迁安波作为输入地震动,对Ⅱ类场地和Ⅲ类场地分别建立软夹层不同埋深的五种模型,计算场地含有不同埋深的软夹层的场地地震反应。对加速度峰值A_(max)、速度峰值V_(max)、反应谱峰值Sa_(max)、位移峰值D_(max)、特征周期Tg进行简要分析,进而得出软夹层的埋深对地表地震动参数的影响规律。     

基于环境噪声测试表征斜坡地震动响应:以自贡西山斜坡为例

以四川省自贡市西山公园斜坡上8处强震台站场地为研究对象,通过2次环境噪声测试并采用水平/竖直向谱比法(HVSR)和标准谱比法(SSR)分析该斜坡场地效应,并与汶川地震监测数据对比,探究采用环境噪声在表征斜坡地震动响应特征上的异同。研究结果表明,环境噪声HVSR平均谱比曲线分析较好揭示了斜坡台站场地放大效应的峰值频率,且和SSR分析结果共同揭示了该斜坡顶5~#～7~#台站场地放大效应较明显;而1~#～4~#台站场地放大效应并未随海拔高度增加产生明显变化,且2种谱比分析对比显示其放大峰值频率范围相近,放大系数差异不明显。对比环境噪声和地震监测数据显示,两者HVSR平均谱比曲线在场地响应卓越频率上的拟合度较高,但在方向效应上的拟合度不具代表性,且地震数据平均谱比放大系数大于环境噪声。采用环境噪声表征斜坡的地震动放大效应,其峰值频率耦合性较好,而场地放大系数仍需参考地震监测数据或数值模拟分析。