基于强震记录的统计分析及非定常反应谱研究

强震观测是地震工程学的基础。在汶川地震中,全国的强震观测台站记录下了许多的强震记录,给强震记录分析提供了很好的数据基础。地震反应谱理论是对加速度记录特性进行深入研究分析后而取得的一个重要成果,是结构抗震分析的主要方法。然而传统反应谱理论中结构地震反应最大值仅仅是周期的函数,没有考虑持时要素对反应谱的影响。鉴于此,提出非定常反应谱的概念,它是在常规反应谱的基础之上引入时间因素,将地震动分段来研究,充分表现出反应谱的时变特性。最后以汶川地震强震记录为背景提出两种方法研究持时要素对反应谱的影响。     

基于云南省强震记录的结构设计反应谱研究

云南地震频发,是全国震害最为严重的省份之一,为了降低地震灾害,近年来云南省大力推广建筑减隔震技术。为了研究适用于云南地区的结构设计反应谱,通过云南地震局收集了自2007年以来云南地区的强震记录共2000余条,对不同场地类别、震级和震中距的强震记录做了分类。通过最小二乘法标定得到了不同场地和设计分组下的场地反应谱,结果显示云南地区反应谱动力放大系数、衰减指数和阻尼调整系数与场地类别没有明显相关性;建议将云南地区反应谱特征周期取值在建筑抗震设计规范的基础上增加0. 06s。拟合了不同阻尼比下的衰减指数和DRF谱均值得到衰减指数公式和阻尼调整系数公式。     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

弹性介质面波地脉动单点谱比法研究

应用概率统计方法,采用弹性成层介质模型,导出地下体波斜入射成层介质,在自由表面形成面波地脉动的水平分量与竖向分量谱比表达式。然后,通过大量模型计算,论证体波斜入射单层覆盖半空间形成面波地脉动水平分量与竖向分量谱比特性与场地传递函数间的关系。结果表明:利用地脉动单点谱比法分析面波为主要成分地脉动时,不能求出场地放大因子;当覆盖层与下伏基岩的S波阻抗比小于2时,也不能得到场地卓越频率;当阻抗比大于2时,可近似得到场地卓越频率。文中给出了一个场地基阶卓越频率fs与基阶瑞利波峰值卓越频率fR的计算公式:fS=0.8fR+0.06。     

场地分类和平均反应谱

在现行抗震设计规范中,设计反应谱形状完全决定于场地条件,与其它许多因素都无关。三类场地的反应谱差别很大,而场地分类却只凭一般性的岩性描述,实用中有时难免发生问题。本文针对这种情况提出了改进场地分类的原则和方法。此法以土层厚度为主要指标,将场地土分为四类,同时结合土层的刚度和分层结构进行调整。对于只具有表层地质资料的一般建筑场地,本文根据波速随深度的平均变化规律提供了粗略的分类方法。最后给出了四类场地的平均反应谱。     

基于钻孔脉动孔内参考点谱比法分析土层放大效应

改进了相对参考点谱比法[1],提出孔内参考点谱比法,拟定了新的钻孔脉动测试方案。利用自主研发的BMT-Ⅰ型和BMT-Ⅱ型钻孔脉动测试设备进行了钻孔脉动测试。采用两设备同时测得不同钻孔的脉动信号,对地表脉动信号及不同深度钻孔脉动数据进行了相对谱比分析。根据谱比曲线图像特性,分析出在3 Hz～5 Hz频带区间的谱比值趋于定值,该值与单孔法剪切波速层间时差相符,可作为估计场地放大效应的重要因素。     

基于强震记录快速识别场地液化的频率下降率法

提出了一个以频率下降率为基本指标的依据强震记录快速识别场地液化的新方法。将可液化场地简化为双质点模型,给出了液化导致场地水平自振频率下降的计算公式,推导出了频率下降率的下限值。以此为基础建立了一套基于强震记录快速识别场地液化的方法,并用实际地震记录对其可靠性进行了分析。结果表明:应用本文提出的方法,不仅成功地识别了液化场地和非液化硬土场地,也成功地识别了软土但非液化的场地。     

基于HVSR谱比动态聚类的海域场地特性研究

海域场地工程特性是海洋重大工程设计、建造、运维的重要基础，也是岩土地震工程的研究热点。收集了日本相模湾海域2000～2018年间6个海底台站的强地震动记录，筛选、前处理后采用Horizontal-to-vertical spectral ratio(HVSR)方法计算了各条记录的傅里叶振幅谱比值。通过动态聚类学习结合最优化分类，获取了相模湾海底台站的最优场地特性。结果表明，动态聚类学习方法针对时序型数据的聚类性能及鲁棒性强，可满足局部及全局分辨率；相模湾海区中台站场地环境可宏观分为海底峡谷区及海洋盆地区，其中峡谷区场地卓越周期显著小于盆地区，且高频衰减较缓；通过局部场地地形坡度，给出了海洋场地工程特性。研究成果可为海域地震动模拟、海洋工程建设等提供参考。     

场地分类和设计反应谱的特征周期：《建筑抗震设计规范》修订简介（八）

文中对现行建筑抗震设计规范中有关场地分类和设计反应谱特征周期Tg的规定在执行过程中提出的问题进行了讨论,并在此基础上给出了一个改进的方案,其中包括四类场地的等价剪切波速和覆盖层厚度界限以及相应Tg值的连续化取值。此外,文中还讨论了设计反应谱特征周期连续变化的必要性和可行性,给出了特征周期按照场地分界线上的相应值进行插值的原则。     

国标岩体分级标准BQ的图解法表示

《工程岩体分级标准》(GB50218—94)作为适用于各类型岩石工程的岩体分级标准,其采用定性与定量相结合的分级方法,在不同岩体工程行业中得到广泛应用。但因其定性描述内容繁杂,分级依据相对笼统;定量指标BQ计算时需考虑相应限制条件,使得实用性受到一定限制。基于此,介绍应用图解法表示国标岩体分级标准BQ,将岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv作为纵、横坐标,同时将2个限制条件考虑进去,建立可反映岩体级别的BQ折线图。经工程实例验证表明,此方法可较方便、快捷、准确地确定待评估岩体质量级别。此外,针对BQ法局部定性特征描述与定量指标不一致的情况,利用图解法结果对BQ法岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv的定性划分提出相应优化建议,较原有分级标准,优化后的定性分级与岩体质量评价值的吻合度提高3%～12%。最后,对BQ图解法分级指标值的选取、修正因素对图解法评价结果的影响作有益讨论与图解表示,该研究思路与结果可为后期修正优化国标BQ法提供一定借鉴作用。     

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的反应谱设计方法

钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构是由主框架，次框架和减振装置组成的，是一种新型的非经典阻尼减振结构系统。研究了钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构的近似振型分解反应谱设计方法，给出了等效振型阻尼比的计算公式；通过算例分析，研究了近似振型分解法的计算精度；提出了巨型框架多功能减振结构基于规范的近拟振型分解反应谱设计方法的计算步骤。     

含水层储气库的选址评价指标和分级标准及可拓综合判别方法研究

 综合本领域相关研究成果和全球现有储气库数据库资料,建立含水层储气库选址评价的目标层次结构模型,提出储气库选址评价体系中各基本指标的等级划分标准;借助物元可拓性定性方法和可拓关联函数定量方法,建立含水层储气库选址评价的层次分析法--可拓学评价模型。将这套评价方法在华北水层建库工程中进行应用,评价结果表明,大5目标区和葛2目标区属于适宜库址,评价结果与专家论证意见一致,验证了评价标准和评价方法的可靠性和合理性。研究成果对国内含水层储气库选址具有一定的指导意义。     

中美设计规范中场地分类和场地效应的比较

主要研究中美抗震设计中的场地分类和考虑场地效应的差异问题。首先,比较分析了一般场地、20 m深度范围内含软弱夹层场地、20 m深度以下含软弱土层场地的分类结果,发现FEMA450的场地分类对20m深度范围内软弱夹层厚度的反映比GB50011—2001更敏感,对20 m深度以下软弱土层厚度的考虑比GB50011—2001更细致。然后进行了不同场地、不同地震动水平下的反应谱比较,结果表明,FEMA450更合理地考虑了不同地震动特性下的场地效应。     

软弱土层对中欧场地划分影响的比较

针对场地中存在软弱土层的多种情况,对中、欧场地划分的差异进行比较。通过对一般场地、20 m深度范围内含软弱夹层场地、20 m深度以下含软弱土层场地的剪切波速的计算,依据中国设计规范GB50011—2001、欧洲设计规范Eurocode 8分别进行场地划分。通过比较分析发现,Eurocode 8的场地分类对20 m深度范围内软弱夹层厚度的反应比GB 50011—2001更敏感,对20 m深度以下软弱土层厚度的考虑比GB 50011—2001更细致,建议中国抗震规范应进一步考虑软弱土层的影响,且将计算深度由20 m进一步向下延伸。     

一种改进的隧道开挖应力释放率确定方法

为探求一种简单有效的求解隧道开挖应力释放率的方法,基于应力释放率可近似等效为位移释放率的原理,提出一种通过体积损失率求解应力释放率的方法。同时,依托于软弱围岩隧道,详述不同施工工法的应力释放率求解过程,分析各工法应力释放率的变化规律。计算结果表明:各工法的不同开挖部对应不同的应力释放率,后开挖部因受先行开挖的扰动,其应力释放率普遍大于先开挖部;除CD法外,其余工法的平均应力释放率均随施工工法的改进而逐渐变小。求解的各工法应力释放率可作为基准应力释放率,为同类隧道支护设计及施工工法优化提供一定的理论指导,具有重要的工程应用价值。     

水电岩质边坡的稳定性概率分级方法研究

 引入荷兰学者R. Hack等[1-3]提出的边坡稳定性概率分级(SSPC)方法,针对该方法在水电边坡稳定性评价中存在的两个局限性：一是仅适合于45 m以下边坡的稳定性评价和对完整岩石抗压强度的估计主观性和随意性较强,提出采用Hoek-Brown经验强度准则和边坡最大坡高经验公式,对SSPC方法中边坡岩体的抗剪强度和最大坡高进行修正。典型水电边坡实例的研究结果表明,SSPC修正方法对34个水电边坡稳定性评价的准确率为61.8%,对10个非构造性控制破坏的水电边坡稳定性评价的准确率达80%。SSPC修正方法对于水电岩质边坡的稳定性概率分级具有较好的适用性,可以为水电岩质边坡的稳定性快速评价提供一条新的途径。     

公路隧道岩体分级的神经网络方法

根据公路隧道岩体分级标准的要求，全面考虑各种分级指标，建立了公路隧道岩体分级的神经网络方法。对各类定性和定量指标数据进行了向量规范化处理，选取适宜的分级指标，建立起神经网络学习样本，并进行样本学习训练，其结果可作为各种公路隧道岩体分级的评判依据。据此，对韩家岭隧道围岩进行了分级和评价，证实所建立分级方法的可行性、准确性和优越性。     

基于孔隙率控制的多孔混凝土配合比设计方法

对基于孔隙率控制的多孔混凝土配合比设计方法展开研究,结合配合比试验阐述配合比设计的过程和要点,表明这种方法较为简便、实用,可有效地实施对多孔混凝土综合性能的调控。通过对抗压强度、孔隙率、水胶比的相互影响进行分析和对比表明:对多孔混凝土而言,孔隙率对抗压强度的影响较为显著,而水胶比对抗压强度的影响较小。通过对孔隙率的比较,分析因振捣成型方法造成孔隙率产生偏差的原因,并针对减小孔隙率偏差的措施提出了建议。     

高比例厂拌热再生沥青混合料配合比设计

对于高比例厂拌热再生AC-25沥青混合料配合比设计的试验研究,需要对RAP集料进行考虑和对新沥青标号的确定,并进行混合料路用性能验证,试验结果表明45%RAP掺量的AC-25再生沥青混合料的水稳定性、高温稳定性均满足规范要求,并且表现出了良好的高温性能。