地下水位上升对上海软土场地地震反应的影响

根据工程地质勘探和室内外试验建立上海软土场地计算模型,采用Biot动力固结理论,结合弹塑性边界面模型,研究三向地震作用下地下水位上升对场地土层地震反应的影响。利用具有水平和垂直三向完整加速度记录的Taft波构造基岩输入地震动时程曲线,分析三向地震作用下地下水位上升对土层竖向和水平加速度放大效应、竖向与水平加速度峰值比、地表加速度和反应谱特征以及沿土层深度最大孔隙水压力和孔压比的影响。计算分析表明：地下水位上升对水平向和竖向峰值加速度的放大效应影响差异显著,同时对地表加速度及其反应谱特征具有重要影响。地下水位的上升,地表水平峰值加速度放大效应增大,竖向峰值加速度放大效应减小;竖向与水平向加速度峰值比减小;土层高频滤波作用增强,长周期成分放大效应增大;近地表液化土层范围增大,加剧砂土液化危害性。     

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。     

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。     

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明:1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数?谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且?谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的?谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的?谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的?谱谱值明显大于近场地震动作用的?谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。     

地震动持时对核岛结构设计地基场地非线性地震响应影响分析

选取AP1000核岛结构标准设计地基的5种场地参数,开展了场地非线性地震反应的计算分析。计算分析中,以不同的地震动输入界面作为计算基底,并分别以不同持时的人工地震动加速度时程作为输入地震动。计算结果显示:对于硬岩和软岩场地,计算基底输入地震动持时对场地地表峰值加速度和加速度反应谱的影响可忽略不计;对于土层场地,长持时输入地震动的场地地表峰值加速度和高频段的(约大于10 Hz)加速度反应谱明显大于短持时的计算结果,考虑到地震动持时也可能对非基岩核电厂抗震设防产生一定影响,进一步开展研究十分必要。     

断层破碎带对场地地震动的影响

使用有限差分软件FLAC3D,建立均匀无限半空间中含断层破碎带场地模型,研究断层破碎带对场地地震动的影响情况,分析破碎带倾角、宽度以及输入地震动强度对断层场地地震动分布的影响。研究表明:断层破碎带对场地地震动具有放大效应,地表各监测点显示,断层上盘和破碎带中点附近放大显著。随破碎带倾角增加,峰值加速度曲线最大值减小,上盘放大作用减弱,下盘放大作用增强,具有不对称性,反应谱峰值在上盘和破碎带中点附近变化明显。随破碎带宽度增加,场地地震动放大效应增加。输入地震动越强,场地峰值加速度越大,且在断层上盘和破碎带中点附近放大显著,反应谱的面积中心前移。     

珊瑚岛礁场地非线性地震反应特征分析

南海珊瑚岛礁的地震安全问题是一个亟需解决的基础性科学问题。以某南海珊瑚岛礁为研究对象,开展了16组饱和珊瑚砂试样的动三轴试验,发现采用修正Matasovic本构模型描述珊瑚砂的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的,并给出了相应的模型参数。详细考虑岛礁场地的工程地质特性和珊瑚砂的动力非线性特性、自由场非均匀网格划分和人工边界条件,尤其强调了土体应力–应变滞回曲线的不规则加卸载准则,建立珊瑚砂岛礁场地的二维非线性地震反应分析模型,分析了珊瑚岛礁场地峰值加速度放大系数的空间变异特征、地表加速度反应谱的谱形与持时特征。结果表明:①峰值加速度随场地高程的增加总体上呈增大的趋势,10 m以浅放大效应显著,灰沙岛和港池区域尤为显著;②基岩输入地震动频谱特性对珊瑚岛礁地表谱加速度的谱形影响显著,地表谱加速度在周期小于0.7 s部分的反应非常显著。③地表地震动持时较之输入地震动持时均有所减小,地形地貌特征对地表地震动持时有一定程度的影响。该研究结果对南海类似珊瑚砂岛礁军事和民事功能设施的抗震分析具有借鉴意义。     

土层条件对基岩反应谱放大效应的研究

选择了福州盆地二类场地和三类场地内不同土层厚度的10个钻孔,根据福州市地震危险性分析结果,用三角级数迭加法合成50年超越概率10%的基岩地震动3条,将其调幅后输入上述10个代表性钻孔中,得到不同峰值输入下、不同土层厚度土层的反应谱放大倍数(土层地表反应谱除以基岩地表反应谱)。     

地震动时-频特性对土层场地地震反应的影响

地震动非平稳特性对土层反应有重要影响。为了能够近似定量控制基岩地震动输入特性,文章首先基于时-频包线函数建立能够表征地震动频率非平稳特性的地震动拟合方法;然后选择3条主频率变化不同的加速度记录,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,设计了用于土层地震反应分析的三种输入方案,拟合完成42条加速度时程;最后,采用非线性场地反应计算方法对三类土体模型进行计算,分析基岩地震动频率非平稳性对地表PGA和加速度反应谱的影响。结果表明：①文章基于时-频包线函数建立的地震动拟合方法能够近似定量控制目标地震动强度与频率非平稳特性,可用于基岩地震动输入的拟合;②当基岩地震动主频率变化显著时,不考虑频率非平稳则存在低估地表地震反应的风险,且场地越硬、基岩峰值越大,低估程度越显著;③地震动频率时变特征对土层地表反应谱高频部分(2～5Hz)的影响与地震动高频成分集中的时间和土层性质相关：当基岩地震动高频成分集中在强震段时,采用仅考虑强度非平稳的拟合方法可在较硬场地得到相对保守的结果;④地震动频率随时间的变化对反应谱放大系数的影响与场地类型和反应谱周期有关,当基岩峰值较大时,对较硬场地5Hz左右的频率成分影响更大,但对三、四类场地条件,则对1Hz左右的土层反应影响更大。因此在拟合基岩地震动时,特别是输入地震动的峰值较大时,应结合结构自振周期、场地条件、工程需要等因素,考虑基岩地震动输入的频率随时间的变化特征,采用全非平稳方法进行人工地震动模拟。文章的研究成果对工程实践中合理设置基岩地震动模拟参数具有重要的指导意义。     

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。     

三轴应力状态下不同湿度原状黄土的结构性定量化参数

通过对黄土结构性研究现状的分析，对与原状样干密度相同的扰动饱和土施加荷载来实现破坏结构性的目的，以三轴试验得到的原状黄土以及扰动饱和黄土的应力-应变曲线为基础，用一个定量化结构性参数综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势（结构性强弱），探讨不同围压及含水量下结构性参数在剪切过程中的变化特性。研究结果表明：（1）定义的结构性参数能够反映围压、含水量对原状黄土剪切过程中结构性的影响，具有很好的合理性、灵敏性和稳定性：（2）结构性参数随着含水量的增大而减小，低应变时含水量对结构性的影响很明显，这种影响随着应变增大而逐渐减弱；（3）初始加荷和试样破坏时，结构性参数随着围压的增大而减小，应变达到15％时，结构性参数随着围压的增大呈先增大后减小的趋势。     

张掖地区季节冻土场地上的地震动效应

针对季节冻土地区一场地,进行了现场地脉动观测,并在观测点采集原状土样。采用动三轴试验,取得了融土和冻土的动力学参数,如土层的剪切模量比和阻尼比等。讨论了具有季节冻土层的场地上地震动反应分析的输入问题,包括边界条件、地震动时程和土层参数。利用这些参数和场地地震危险性分析结果,应用一维剪切梁模型,计算得到场地在季节冻土层消融前后的地面强震地震动参数。进一步假定不同的冻土层厚度,计算得到地震动峰值参数和反应谱随冻层厚度变化的规律,以此分析了冻土层对地震动效应的影响。对场地所做的地震动计算结果表明:地表的冻土层对强震有一定的抑制作用,冻土层对地震安全性有正面影响,此效应随冻结深度的增加而加大;而场地的卓越周期随冻土层厚度的增大而减小。对于季节冻土地区的抗震设计具有一定的意义。     

黄土塬非饱和黄土增湿变形特性及结构性研究

为了研究黄土塬地区非饱和黄土增湿变形特性及其与结构性的关系,选取庆阳市西峰区某建筑场地土样,对其进行了不同含水率下的黄土固结试验研究,讨论了湿陷系数与压力、初始含水率及初始结构强度的关系。结果表明:不同浸水压力作用下,湿陷系数随初始含水率的增大基本呈现递减趋势;高压力处增湿湿陷性强,低压力处增湿湿陷性弱;黄土结构强度随初始含水率的增大呈降低趋势,且在含水率增大初期,黄土结构强度降低速率较大,后期速率减缓;黄土湿陷前后土体的微结构发生了明显变化,形成了较稳定的次生结构。     

结构-设备耦合体系地震响应振动台试验研究

工业建筑中设备与结构存在复杂的动力相互作用,不同动力特性的结构与设备组成的耦合体系其地震响应也会发生变化。为了研究结构-设备耦合体系在参数变化时的地震响应和破坏过程,进行了三个耦合体系模型的振动台试验。模型由钢筋混凝土框架结构和钢结构单自由度振子组成。试验得到了结构-设备耦合体系在地震波作用下的动力特性、位移反应、动力放大系数、动应变和层间滞回耗能。分析了质量比和频率比参数变化对耦合体系地震响应的影响。研究表明,随着质量比的增大,结构地震反应增大,设备地震反应减小;随着频率比的减小,结构地震反应减小,设备地震反应增大。研究结果可为支承设备的结构动力设计提供参考。     

压实黄土增湿变形性质及其影响因素试验研究

作为建筑材料的黄土在工程建设中大多经过压实处理,其增湿变形特性与工程安全密切相关。已有的对黄土增湿变形性质的研究,基本上是针对原状黄土开展的,对压实黄土较少涉及。通过双线法增湿湿陷试验,对压实黄土在增湿条件下的压缩及增湿变形性质进行了较系统的研究,并进行了压缩和湿陷变形影响因素的方差分析。结果表明:①随增湿含水率的增加,压实黄土的压缩性增大,湿陷性减小,压实度越小,这种效应越明显;不同压力下,湿陷变形对增湿的敏感性不同;②随增湿含水率的增加,增湿变形起始压力减小,增湿变形终止压力增大,增湿变形压力区间增大,可用增湿变形系数反映已有增湿水平下土体湿陷性的退化程度;③方差分析表明,相同增湿含水率下,压实黄土最终变形仅受最终压力的影响,加荷路径、浸水路径及两者的耦合对其影响很小;④未浸水饱和压缩时,密实度、初始含水率和压力,以及它们的交互作用均对压缩变形有显著影响,压力的影响最大,其次是密实度和初始含水率;与未浸水情况不同的是,浸水饱和压缩时初始含水率的影响很小;⑤增湿含水率、压力和密实度,以及它们的交互作用均显著影响压实黄土的湿陷性,其中增湿起始含水率的影响最大,密实度次之,压力最小。     

上部建筑物对隧道结构地震响应的影响研究

采用有限元软件ABAQUS,基于一致黏弹性人工边界和波动输入,建立上部建筑物-土-隧道相互作用二维平面应变模型,利用等效线性化模拟土体非线性,输入不同频谱特性的三条地震动,研究了上部建筑物的刚度、层数(高度)、与隧道间距和隧道埋深等因素对隧道地震响应的影响。分析结果表明,上部建筑物的存在对隧道地震响应的影响不可忽视,影响程度可达到30%左右。上部建筑物与隧道的间距、层数(高度)、刚度不同,对隧道地震响应的影响程度也会发生变化。其中间距和层数(高度)影响较大,间距越大,影响越小,当间距与建筑物宽度的比值超过2之后,建筑物的存在对隧道的影响可忽略;建筑物的层数越多、高度越高,对隧道的影响越大,18层时使隧道最大主应力峰值和相对变形的增加较6层时增大了20%~30%。建筑物的刚度对隧道响应的影响较小。在对隧道进行抗震设计时,应考虑上部建筑物可能对其造成的不利影响。     

博物馆文物的防震保护研究--设防地震动输入及文物防震保护参数的确定

通过对上海市及邻近地区地震危害性分析,根据上海博物馆文物防震保护的具体要求,研究确定了该博物馆文物防震保护的设防水准及地震动参数。又根据上海博物馆建筑的结构特征分析,结合建筑结构动力特征的实测结果,计算得到了在给定设防地震动水准下,博物馆建筑物内各个楼层的地震动反应。通过分析馆藏文物的悬吊、固定、浮放等基本放置形式,探讨了文物的陈列特征及其可能造成的震害因素。根据相关浮放物在地震作用下的计算方法、上海博物馆文物的陈列特征及防震设计参数,给出了简便实用、偏于安全的计算模型。结果表明,在现有的抗震设防水准下,遇有大震或中震发生时,目前陈列状态的绝大多数文物均存在倾覆和滑移安全隐患。结果还表明,在上海博物馆4层楼板面地震动从566gal减小到110gal时,绝大多数文物均满足稳定条件。因此,通过选择合适的减震或隔震方法,使得文物所受到的地震动满足小于110gal时,便可使陈列文物在地震中免遭破坏,达到防震保护的目的。     

随机地震荷载作用下黄土的液化特性

 以场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波,对取自宁夏南部西吉县夏家大路喜家湾滑坡后壁的黄土开展动三轴试验,研究随机地震荷载作用下黄土中孔隙水压力的增长基本特性、影响效应及孔隙水压力增长规律。由试验结果可知,在随机地震荷载作用下,孔隙水压力对输入动荷载的响应具有明显的滞后性,其增长主要集中在地震荷载的有效持时范围内。输入地震荷载的幅值、有效持时以及固结压力对黄土的液化特性有较大的影响,幅值较大、持时较长、固结压力较小时,更有利于孔隙水压力的发展。由于孔隙水压力的增长是源于孔隙的压缩引起的,因此,可以将孔隙水压力比表示为残余应变的函数,据此,可得地震荷载作用下,黄土不同变形情况时孔隙水压力的发展水平及液化程度。     

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。