中硬场地两种等效线性地震反应方法的对比

采用传统等效线性化(EERA)和频率一致等效线性(SOILQUAKE)对比分析基岩输入地震动特性对中硬场地地震反应的影响,分析结果表明:弱震时EERA和SOILQUAKE的地表峰值加速度差异基本可忽略;随着基岩地震动强度的增大,二者计算的地表峰值加速度相对差异越显著,EERA给出的地表反应谱在短周期放大效应逐渐减弱,卓越周期处谱值被显著放大;而SOILQUAKE得出的地表反应谱在短周期放大效应并未削弱,反应谱的卓越周期和周期大于0. 7s的谱值与EERA法基本一致。0. 3s加速度反应谱放大系数随基岩地震动强度增大而减小,但EERA放大系数减小过快,SOILQUAKE的表现则更为合理。故EERA对地震动高频的过分滤波作用存在不合理性,SOILQUAKE在地震动高频段的放大作用较EERA表现好。     

考虑土层非线性效应的四川地区场地放大系数模型

为研究四川地区场地放大效应对地震动的影响,选取了该地区105个场地的钻孔资料和897条强震记录,结合强震数据分析和等效线性化计算结果讨论了地震动强度、场地条件对地震动场地放大的影响,建立了考虑土层非线性反应的场地放大系数模型,并探讨了模型在地震动估计中的应用效果。对模型结果的分析表明:当地震动强度较小时,场地放大系数随Vs30增大而减小,减小的幅度与反应谱的周期相关,当周期为0.2 s时,减小得最为显著;当地震动强度较大时,在同一场地上,场地放大系数随地震动强度增大而减小,减小的幅度与反应谱的周期相关,当周期大于1 s时,场地放大系数与地震动强度无关;此外,土层非线性反应对地震动的影响随场地变硬而不明显,当Vs30大于500 m/s时,可忽略这一影响。与只考虑线性场地反应影响的地震动衰减关系相比,利用本文模型建立的地震动衰减关系可显著地减小估计四川地区地震动时的标准差,尤其对于近场短周期地震动减小幅度可达12%。     

自由液化场加速度反应数值试验

场地液化除引起场地失稳和沉降外,也会对场地加速度反应产生重要作用。基于Finn模型实现自由场液化数值模拟试验,研究典型液化场加速度反应问题。研究结果表明:液化场加速度反应幅值与输入加速度幅值有关,液化场加速度放大倍数随输入地震动的增大而减小;液化场加速度反应大小与输入频率有很大关系,可液化场加速度反应的频率特征为:低频输入加速度反应幅值放大、高频输入反应幅值缩小,低频强化效应明显大于高频弱化效应;干砂弹性场也有低频放大高频滤波效应,但没有液化场显著;对于低频激振,若可液化场加速度经过放大且场地发生液化,场地加速度则衰减,若可液化场加速度经过放大但场地仍然未液化,场地加速度则维持稳态受迫振动状态;弹性场加速度反应从下到上逐渐增大,地表面放大最显著,液化场加速度放大在场地腰部最显著;高幅值输入易掩盖液化场加速度反应频率特性,低加速度幅值、低频输入下液化场的频率特性较明显。液化场地下结构抗震设计采用常规弹性场加速度反应系数,则会导致地下结构处于不安全状态。研究成果为液化场地下结构动力分析提供理论及试验基础。     

场地放大系数的理论解答

场地系数是各个国家和地区规范中考虑地震动场地效应的关键指标,决定着各类工程结构设防水准,但国内外规范就此存在显著差别。采用土层–基岩理想场地模型,导出了土层场地与参考基岩场地地震动响应定量关系解析表达。提出了场地放大系数一般规律,并通过数值模拟验证了其可靠性,在此基础上对国内外规范场地系数的合理性进行检验。结果表明:土层场地地震动响应与参考基岩场地相比,在全频域空间恒定表现为放大,场地放大系数随场地变软整体表现出增大趋势,这与美国新规范场地系数取值和规律一致;中国规范中软场地系数取值严重偏于保守,强烈地震动作用下软场地系数小于1的现象不合理,中国规范Ⅳ类场地系数普遍小于Ⅲ类的取值方案有待商榷。     

苏州第四纪深厚地层剪切波速空间变化特征及其应用

土体剪切波速是工程场地地震效应评价的重要参数之一。基于苏州城区的大量剪切波速实测资料和工程地质特征,探讨了第四纪深厚沉积层剪切波速结构空间变化特征,给出了不同工程地质分区的土层剪切波速随深度变化的经验公式;基于不同深度范围内土层平均剪切波速间存在的显著相关性,建立了基于浅层剪切波速外推深层剪切波速的逐步外推法,验证结果表明:(1)苏州城区等效剪切波速ν_(s20)和ν_(s30)的空间展布具有显著的分区特征,覆盖层厚度d80m的Ⅲ类和Ⅳ类场地的等效剪切波速分界值ν_(s30)可以取为170 m/s;(2)平原区土层剪切波速随深度的变化呈幂律函数关系;丘陵区细化为3个小的区域后,各分区内土层剪切波速随深度的变化呈二次多项式关系;(3)逐步外推法具有很好的适用性,但当外推深度处的土层剪切波速存在剧烈变化时,剪切波速的逐步外推法失效;(4)基于剪切波速逐步外推法,可给出剪切波速不小于500 m/s和700 m/s的任意假想基岩面埋深H_(rock)及相应的微震动场地卓越周期T_g,发现T_g值和H_(rock)值的空间展布基本一致;选取剪切波速不小于700 m/s的土层顶面为地震基岩面时,各工程地质分区的T_g值和H_(rock)值空间展布的差异性显著增大。     

浅析珠江三角洲地区工程地质分区评价及规划建议

基于广州市海珠区生态城和生物岛地质环境质量评价为基础,通过对规划区区域地质背景与工程地质条件、水文地质条件、不良地质作用等特点的归纳与总结,分析场地工程地质分区的影响因素,提出规划区工程地质分区原则及规划应对建议,得出了将场地划为剥蚀残丘区和珠江三角洲冲积平原区(Ⅰ区),按松软土层厚度差异将珠江三角洲冲积平原区分为薄层松软土层亚区和厚层松软土层亚区(Ⅱ区),从而为规划和工程建设提供基础依据。     

2016年新西兰凯库拉M_w 7.8级地震中场地效应分析

为研究2016年新西兰凯库拉M_w7. 8级地震序列中的局部场地效应,采用参数化广义反演方法分离了126个台站在148个地震中获取的2445组记录的震源、传播路径和场地三项因素,得出了126个台站的场地反应函数,重点分析了基督城地区的19个台站和惠灵顿地区的14个台站的场地效应,基于张力样条插值法分别建立两个城市在0. 5～3. 0Hz频段的平均场地放大分布图。结果表明:场地放大受地质和岩土特性的影响显著,软土场地卓越频率低,低频段场地放大更显著而高频段则相对较弱,平原地区场地放大高于山区,沉积层较厚地区的场地放大效应更显著。这些现象很好地解释了地震动和震害的区域性差异,是完善抗震设计理论的有力依据。     

近断层脉冲地震动对基础隔震结构放大效应的量化分析

为量化分析近断层脉冲地震动对基础隔震结构的地震放大效应,建立多层和高层两个基础隔震结构模型,根据隔震结构基本周期,采用基于能量的脉冲量化识别方法,得到40条脉冲地震动,并剔除其中的主脉冲,产生40条非脉冲地震动。将这80条地震动分别输入两个隔震结构,量化分析脉冲地震动对其层间位移角、楼层剪力、楼层加速度和隔震层位移的放大效应。结果表明：脉冲地震动作用下基础隔震结构的反应明显大于非脉冲地震动,脉冲地震动对隔震层位移放大系数最大,而楼层加速度放大系数对脉冲地震动比较敏感,呈现出波浪形的变化特征。两个隔震结构所得到的隔震层位移的放大系数平均值约为2.0,层间位移角、楼层剪力、楼层加速度的放大系数平均值约为1.5。     

基于强震数据的场地反应项分析及地震动参数预测

场地反应项是描述场地地震反应特征的定量指标，也是标识场地自身频谱特性的特征量。选取新西兰南岛Canterbury地区20个地震台站，搜集2010~2012年14次强震记录210条，借鉴现有的基于单台地震数据的地震动残差分析方法及FA 2010和BA 2008两个地震动预测方程，研究选取台站的场地反应项曲线（δS2Ss值）。结果显示δS2Ss值与场地条件及沉积土层特性相关，与选取的地震动预测方程基本无关；δS2Ss值越大场地对地震动的放大效应越明显；反之，δS2Ss值越小场地减震效应越明显。采用地震动预测方程预测具体特定场地的地震动参数时，其结果存在一定的偏差和不确定性，通过场地δS2Ss值对预测值进行修正，将场地自身地震反应特性考虑到地震动参数估计中；相对于地震动预测方程的预测值，δS2Ss值修正的地震动参数更吻合实际观测值。研究可以期为考虑场地效应的特定场地地震动参数预测以及特定场地PSHA计算提供一条可靠的途径。     

地震作用下含倾斜软弱夹层斜坡场地的动力响应特性研究

以四川北部龙门山断裂带附近山区内某核废料处置场为参考原型,概化出含软弱夹层的斜坡场地模型,设计完成该特殊场地在50倍重力加速度条件下的离心振动台模型试验,监测场地在不同输入地震工况下的加速度响应,重点通过加速度放大效应和地震波波动机制探讨软弱夹层和斜坡效应对斜坡场地动力响应的影响,此外,结合传统傅里叶谱和Hilbert边际谱方法,从频域角度展示场地的频谱变化特性。试验结果表明:软弱夹层的加速度放大效应与输入地震动峰值有关,当输入地震动峰值较小时,夹层内响应加速度峰值被削弱,当输入峰值较大时,则被增强;斜坡效应对该场地中软弱夹层内的动力响应存在影响,导致斜坡下的软弱夹层内加速度放大效应增强;随着输入地震动峰值增大,软弱夹层中响应加速度的频率成分发生了变化,高频成分减少而低频成分增加。     

远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构振动台试验研究

软土地基条件下土-结构相互作用(SSI)效应会对隔震结构的减震效果及动力特性产生影响。远场长周期地震动使隔震建筑这类长周期结构地震响应强烈,考虑SSI效应后地震响应可能更大。开展软土地基上层间隔震结构模型振动台试验研究,对比分析远场长周期和普通地震动下隔震层和隔震结构的楼层加速度和位移响应,研究远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构动力响应规律及减震效果。结果表明：软土地基具有明显的滤波效应,抑制高频分量,放大中低频分量;普通地震动下层间隔震结构的减震效果较显著,随着输入加速度峰值增大,减震效果降低,而远场长周期地震动下的层间隔震结构的减震效果比普通地震动下的差;基础及隔震层的转动效应明显,隔震层对基础转动有一定放大效应,远场长周期地震动下的隔震结构的放大效应较普通地震动下的明显,并对隔震层位移反应的影响较大。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。     

压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

基于EMD_SVD的矿山微震与爆破信号特征提取及分类方法

针对矿山微震与爆破信号难以识别的问题,提出了基于经验模态分解(EMD)和奇异值分解(SVD)的矿山信号特征提取及分类方法。首先对微震与爆破信号进行EMD分解,再借助相关系数和方差贡献率筛选得到主要本征模态分量为IMF1~IMF6,进而利用SVD计算主要本征模态分量构成矩阵的奇异值σ_i(i=1,2,...,6),最后应用支持向量机(SVM)对用沙坝矿微震与爆破信号进行分类。结果表明:微震与爆破信号的奇异值σ_1,σ_2和σ_3差异较大,且σ_1(28)7.5作为识别分界值时准确率达到了88.25%;SVM法识别效果优于BP神经网络法、Bayes法和单一奇异值分界值法,且SVM法准确率达到了93.0%。由此,该方法可为矿山微震与爆破信号特征提取和分类提供一种新方法。     

A bench study on lead removal from battery manufacturing wastewater by carbonate precipitation

A residual soluble Pb ≤ 0.2 mg/l has been measured after hydrocerussite precipitation in the range of pH 9–10 and filtration with 0.45 μm filter, at a total carbonate concentration (C_T) of about 1.5 × 10⁻⁴ M. Filterability and sedimentation were optimized by minimizing the “relative supersaturation” coefficient during precipitation. Pb abatement was implemented in the pH range 9–9.5, following a preliminary precipitation step consisting of a slow, gradual change of pH from 6.8 to 7.8 with 0.1 M NaOH solution. The crystals formed may settle within 24 h, allowing Pb to be recovered as Pb₃(CO₃)₂(OH)₂.     

地震三维分量峰值与频谱特性影响因素分析

地震三维分量的强度与频率特征及其各分量相关性对确定空间结构地震反应分析的多维地震输入至关重要。本文选取546条包含完整三分量的地震记录,对水平两分量、竖向与水平分量的加速度峰值(PGA)比、速度峰值(PGV)比、傅氏幅值峰值比A以及3个方向分量的傅氏主频进行了统计分析,研究地震多维分量的幅值与频谱特性及其各分量相关性,分析场地条件、远近场对其的影响。结果表明:强度参数PGA、PGV与A的水平两分量比值随震中距、场地条件的变化较小,对形式规则简单的结构可取为0.8,对于复杂的空间结构,水平两个分量强度参数比为1.0的地震双向输入工况也应考虑。竖向与水平分量峰值比与场地条件密切相关,土层越软弱,比值越小,给出了竖向与水平分量地震峰值比与场地条件的关系式;同时,分析了不同场地与震中距下地震3个分量傅氏主频的范围。当震中距大于100 km,地震3个分量超过87%傅氏主频,在0~2 Hz之间。对C、D、E类相对软弱的场地,竖向分量傅氏主频f₃高于水平分量f₁、f₂。     

含半圆形凸起的直角域对平面SH波的地震动

按Green函数和积分方程方法,分析了含半圆形凸起的直角域对平面SH波的稳态响应,讨论了由凸起散射所造成的地震动。对含半圆形凸起的直角域做分区,分为直角域和半圆域,按镜像方法构造直角域的Green函数,按Graf加法公式和波函数展开法构造半圆域的Green函数。对直角域和半圆域做契合,在契合界面施加一组分布力,使直角域和半圆域中的位移场和应力场满足契合界面上的连续性条件,得到分布力的定解积分方程组。数值求解,得到契合界面上的应力分布和地表位移幅值,结果表明入射波的波数和角度以及凸起与直角域垂直边界的距离对凸起散射的影响。     

基于Kiewitt-8型单层球面网壳的一维地震动强度参数研究

选择合适的地震动强度参数可降低与结构响应相关分析结果的离散性，为得到较为合适的描述Kiewitt-8型单层球面网壳地震响应的地震动强度参数，对常用地震动强度参数的考虑因素进行分析，按是否考虑结构动力特性将其分为地震动绝对强度和地震动相对强度（基本模态的加速度反应谱值）S_a(T₁)；对Kiewitt-8型单层球面网壳分别进行大量的水平一维和竖向一维地震时程响应分析，计算地震动强度参数与结构响应的相关系数。结果表明：地震动相对强度参数在水平方向上与地震动绝对强度参数相比能较好反映地震作用对结构的影响，但在竖向存在局限，与结构响应不具有较好的相关性。此外，控制结构最大竖向响应振动模态的振动周期通常是未知的。通过对S_a(T₁) 局限产生的原因进行分析，提出了一种可用于工程的地震动相对强度参数即敏感频率反应谱值S_a (f_p)，该参数在水平向和竖向表现出了更好的与结构响应的相关性。     

Seismic code provisions for asymmetric structures: a re-evaluation

Results of a parametric study on earthquake time history response of asymmetric single storey structures with one axis of symmetry modelled as two degree-of-freedom systems are compared with static seismic code provisions. A large number of such systems with a range of mass centre to rigidity centre eccentricities, a range of uncoupled lateral natural frequencies and a number of torsional to lateral frequency ratios Ω₀ were subjected to several earthquake acceleration records. Five percent damping was assumed in the two coupled modes. Maximum displacements at several locations along the roof deck were computed, normalized with respect to the symmetric case, averaged, and compared with code oriented static methods. The study shows that the static approach does not give reliable estimates for the response of frames in asymmetric buildings, even when the amplification factors provided by earthquake codes are incorporated into the formulation. In particular, code provisions often underestimate the response of frames located on the side of the rigidity centre away from the mass centre for small to moderate eccentricities when Ω₀² = 0.5, 1.0; whereas for systems with higher torsional rigidities (Ω₀² 2.0), the static approach appears to yield reasonable results. For members located on the opposite side of the roof, code provisions, including recent revisions, appear to overestimate the response with decreasing frequency ratio.