基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。     

基于MSC.Marc二次开发的土体等价非线性粘弹性模型

基于MSC.Marc软件的操作平台,利用二次开发编程接口USER SUB.HYPELA,开发了土体等价非线性粘弹性动本构模型的子程序.选择广州某个典型软弱场地为研究对象,对该场地的地震反应进行二维有限元分析,与专业的土层地震反应分析软件SHAKE91计算结果进行对比,验证了该模型二次开发的准确性和可用性,可有效用于地震...     

软弱夹层场地高层框架结构地震输入及地震响应分析

高层结构地震输入的合理性对结构抗震设计及地震反应产生重要影响。本文以一典型高层框架结构及其所处场地为参考,建立有软弱夹层场地模型及具有同一卓越周期均匀场地模型,研究该软夹层基础对结构地震输入的影响。由于软弱夹层的存在本文采用了有别于传统的分段等效线性化方法预测地震输入,并与传统的等效线性化方法预测的地震输入对比,研究两种等效线性模型地震输入的差异及软弱夹层存在对地震输入的影响。进一步基于预测地震动分别计算了有无软弱夹层存在下该典型高层框架结构反应,研究软弱夹层存在对结构地震反应的影响。本文结果显示虽然软弱夹层存在会使结构地震动输入时程峰值变低,但结构反应却加剧。分段等效线性化输入模型的地震动加速度峰值普遍大于传统等效线性化模型,但传统等效线性方法预测的地震动计算所得的结构反应更加剧烈。     

泉州东、西塔场地抗震性能评价和场地地震动参数估计

本文首先结合东、西塔场地实际情况,对其场地类别、地基震害进行评判;然后采用综合概率法对工程场地进行地震危险性分析;最后结合试验测定的场地岩土力学性能,采用一维等效线性化波动法计算地震动土层反应,得到供结构地震反应分析的场地地震动参数。     

基于两相介质理论之土层弹塑性大变形地震反应分析

基于土–水两相混合体完全耦合场方程及土体静–动统一本构,构建了新型普适性土层弹塑性大变形地震反应分析方法。考虑强震中土体大变形动力特性描述的困难,基于客观性张量推导,给出了严格的土–水两相混合体平衡方程式和连续方程式,分别进行空间和时间离散,编制了显式有限元–有限差分程序。通过超固结、结构性和应力诱导各向异性状态变量的引入,建立了物理意义明确的土体静–动统一本构,能够合理的表征土体的各类力学特性。数值计算中采用转换应力法,实现了试验应力状态向一般应力状态的拓展,满足复杂三维地层的动力计算需求。通过局部透射人工边界的设置,形成了辐射边界条件,构建了完备的土层反应程序。将分析结果与等效线性化方法和单相介质时域非线性分析结果进行对比,指出饱水砂土层的存在对地震波传播和地表地震动反应特性的影响。     

基于NGA模型的汶川地震区地震动衰减关系

基于汶川地震 64 个余震强震动记录数据,结合 NGA 衰减关系模型以及一维场地非线性反应模型,应用基于最大可能性估计的统计算法,对峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及不同周期的加速度反应谱进行了衰减关系研究。得到了汶川地震区基岩场地以及各类土层场地的地震动衰减关系。与其他人的研究成果对比,表明 NGA 模型衰减关系估计的基岩场地地震动相对较低,而估计的土层场地地震动相对较高。     

天津南港吹填土厚度变化对地表峰值加速度的影响

场地条件对地震波有明显的放大或缩小作用。工程抗震设防确定工程场地设计地震动参数时,必须考虑工程场地条件的影响。本文选用一处工程实例中的地震危险性计算结果,采用一维等效线性化波动方法,研究了吹填土软弱层厚度对地表峰值加速度的影响。研究结果表明:在不同的地震动输入条件下,输入的地震动强度越小,地表峰值加速度放大效应越大;地表峰值加速度放大倍数随着吹填土软土层厚度的增加先增大后减小,而最大放大倍数所对应的软土层厚度与地震动输入的大小有关。本文所得结果有助于在地震安全性评价工作中把握重点,为制定出合理可靠的工作方案提供依据,从而减少土层地震反应分析过程中的不确定性,提高抗震设防参数的精度。     

基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证

非等幅循环荷载作用下,采用"扩展Masing"法则修正应力–应变滞回曲线时,程序的实现过程中需要预留大量的状态变量。针对该问题,提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替"扩展Masing"法则中的"上大圈"准则。通过等效剪应变算法的比选,给出了加卸载判据简单且精度更高的等效剪应变算法。基于ABAQUS软件的显式模块,开发了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型的显式子程序模块,适用于大规模二维和三维场地非线性地震效应分析。选取Mississippi湾500 m深的钻孔作为计算模型,通过与一维场地非线性地震效应分析专业程序Deepsoil计算得到的输入不同强度地震动下的地表峰值加速度、PGA=0.65g的场地地震反应的对比分析,佐证了提出的Davidenkov本构模型不规则加卸载准则与等效剪应变算法的合理性。     

剑阁县新城区设计地震动参数确定

基于四川剑阁县新城区10个工程场地地震反应钻孔资料,在地震危险性分析的基础上,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了工程场地在三种不同强度地震动输入下的地表峰值加速度,给出了设计地震动参数,为该地区抗震设计、防震减灾规划和城市土地利用规划提供了依据.     

新一代土层地震反应分析方法

剖析了当今国际上频域等效线性化和时域非线性求解土层地震反应分析方法的典型代表SHAKE2000与DEEPSOIL,对目前其他学者FDM改进方式的可行性进行评判,采用新的直频法动剪模量阻尼比求解技术,提出新一代一维土层地震反应计算方法和程序SOILQUAKE,并用四种类别和巨厚场地实际记录检验了新程序。结果表明：SHAKE2000与DEEPSOIL在一类、二类场地上基本一致且结果可靠,三类和四类场地上两程序计算反应谱“矮粗胖”现象严重,与实际情况相差甚远;现有考虑频率相关性的FDM改进方式,其基本出发点存在定性错误;对硬场地和中硬场地,SOILQUAKE与SHAKE2000和DEEPSOIL结果大致相似,但在高频部分表现比SHAKE2000更加合理,与DEEPSOIL基本一致;对软场地和巨厚场地,SOILQUAKE克服了SHAKE2000和DEEPSOIL严重低估场地放大效应的缺点,模拟结果与实测记录较为接近,在软场地上优势显著,在巨厚软场地上优势十分显著。SOILQUAKE首先攻克现有软土层地震动计算结果“矮粗胖”和硬土中等效线性化方法缺少高频分量求解难点,具备了作为新一代一维土层地震反应计算方法的能力,将在http://www.soilquake.com或http://www.soilquake.cn上提供共享服务。     

软弱地基浅埋隧洞对场地设计地震动的影响

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比与剪应变幅值之间的关系曲线及各土层的剪切波速;λγ同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞开挖引起的场地地震效应的变化进行了数值模拟。计算结果表明与自由场的地震效应相比,浅埋隧洞对所处场地的地震效应有很大的影响,本文初步给出了这种影响的范围和影响的程度,以及开挖浅埋隧洞所引起的场地地震效应的一些变化规律,为确定地铁附近已建或新建建筑的设计地震动参数提供了参考依据;浅埋隧洞开挖对软弱场地设计地震动参数的影响应引起工程界足够的重视。     

基于强震台网记录的地震波反演精度分析

为探究基于一维波动理论的地震波反演计算精度,利用日本Ki K-net台网数据,选取了145组地震动加速度记录及相关场地资料,利用等效线性化方法模拟土的非线性,通过对地表波反演计算所得基岩波与实测基岩地震动记录的比较,分析了基于一维波动理论的地震波反演的计算精度,讨论了场地条件、地表波频谱特性以及加速度峰值对反演精度的影响。算例结果表明:基于一维波动理论的地震波反演计算结果总体上要大于实测的基岩地震动记录;场地条件对地震波反演的计算精度影响较大,在算例中,计算误差随Ⅳ类场地至Ⅰ类场地土层变"硬"而减小,软弱夹层的存在亦会显著增大计算误差;当地表波加速度峰值小于0. 1g时,基于一维波动理论的地震波反演计算精度较高。     

土层不均匀场地对地震反应的影响

工程场地的土层地震反应分析是地震安全性评价的重要组成部分,其结果为抗震设计及震后灾害评估提供主要依据。本文采用库伦-摩尔模型(Mohr-Coulomb)作为土体的本构模型,以粘弹性边界作为截取土层截面后的人工边界条件,使用Abaqus有限元分析软件对安评报告中的场地进行了二维有限元建模,以springs/dashpots单元模拟粘弹性边界,对场地进行有限元分析,研究土层横向不均匀对土层地震反应结构的影响,并且输入实际地震动,分析场地在真实地震下的响应。结果表明:随着土层介质分界面角度的增加,PGA呈规律变化;当分界面角度大于10°时,其PGA放大系数及加速度反应谱和一维水平成层模型有明显差异。     

冻土场地地震加速度反应谱研究

根据波动理论考虑土体的非线性,得到地震反应谱的解答,应用求解水平层状场地地震反应谱的等效线性化程序,数值求解不同负温、不同覆盖层厚度多年冻土场地的地震加速度反应谱,季节冻土场地冬夏季地震加速度反应谱。计算结果表明:负温对多年冻土场地加速度反应谱的影响显著,随着冻结温度的降低,加速度反应谱的加速度峰值逐渐降低,并且其峰值前移,场地卓越周期减小;随着冻土覆盖层厚度的增加,反应谱峰值先增大后减小;季节冻土场地夏季的地震反应高于冬季,但在短周期阶段也出现了反超的现象。     

场地地震反应分析方法

通过对场地地震反应分析方法的介绍,从土体非线性本构模型和土体地震反应分析方法等两个方面,对场地地震反应分析的发展和现状进行了探讨,综合介绍了几种常用的土体非线性本构模型以及相关准则,并对土体地震反应分析的间接性估计方法和直接性确定方法进行了阐述,对工程师提供参考依据。     

基于应变区间折减理论的频率相关等效线性化方法

为了克服传统等效线性化方法高频段响应被低估的问题,基于传统等效线性化分析原理,结合目前各种频率相关的等效线性化理论方法,提出了考虑有效应变区间折减的频率相关等效线性化方法。采用标准化应变谱表征等效应变与频率的关系,引入剪切应变弹性阈值概念,修正标准化应变谱幅值在弹性应变范围内的频段,同时采用Gaussian平滑方法拟合标准化应变谱,建立有效应变区间折减系数的分段函数,并利用竖向台阵的地震动实测记录对本文方法的可靠性和适用性进行考察。各类场地的分析结果表明:本文方法考虑了地震动高频成分所对应的较大剪切模量和较小阻尼比的实际情况,给出了场地地震反应在高频段的优化结果,可为实际工程的抗震设计提供可靠依据。     

土的动力本构关系的一种简单函数表达式

<正>一、前言 土的一维动力反应分析是目前许多工程问题分析中不可缺少的一部分。如场址地震危险性分析,城市地震小区划等。在土的动力反应分析中,涉及到土的非线性问题。等效线性化处理是考虑土的非线性特性的最简单方法。然而,要真实地再现土的非线性特性,必须建立土的动力本构关系。土的一维动力本构关系的表示形式很多,但总体上可分为经验函数关系式及物理力学模型表示的关系式两大类。两大类本构关系式中,前一类较后一类要简单且直接。第一类本构关系式的给出需涉及三个问题:1.由实验数据确定土的骨架曲线;2、建立非规则荷载下的应力-应变加卸载准则;3.如何考虑实验所给的一些定性及定量结果(如阻尼     

上海软土场地的地震反应特征分析

近年来的宏观震害资料和强震观测记录已经证明：场地条件不仅对地震动的峰值加速度和频谱形状具有重要的影响,而且与不同类型工程结构的地震反应和震害机理也具有相当密切的关系.上海地区的第四纪沉积土层呈水平层状分布,基岩埋深可达300m左右,且浅部普遍发育有滨海沼泽相软土.因此,上海地区上覆深厚、软弱的沉积土层,对场地的地震反应特性无疑具有重要的影响.文章基于一维场地地震反应的等效线性化频域分析方法,建立了上海软土场地的动力分析模型,以El Centro地震波为例,重点分析了上海地区场地土的地震反应加速度反应和频谱特征.研究表明,在7度抗震设防即场地地面峰值加速度（PGA）等于0.1 g的情况下,上海软土场地的地表峰值加速度具有放大特性,地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征,地面运动加速度反应谱的卓越周期也具有向长周期方向移动的趋势.     

场地类型对设计反应谱平台值的影响

本文利用一维等效线性化波动方法对土层地震反应分析,并按照《建筑抗震设计规范》等有关规定,将反应谱为目标谱,对郏县茨坝镇北郏县本场地完成zk63、zk68两个孔剪切波速。测试的目的是对拟建建筑场地土的类型及建筑场地类别进行划分,以确定建筑抗震有利、不利和危险地段。计算了不同地震动输入下的不同类型土层剖面设计反应谱的平台值。并在统计分析的基础上,得到了反应谱平台在不同场地中的平均值。以此得到场地类型对设计反应谱平台值的影响。     

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。