黄土地区场地条件对地震动放大效应影响研究

汶川Ms8.0特大地震在甘肃黄土灾区局部场地的震害和地震动具有明显的放大效应。通过在该区布设的地形调查流动强震动观测台阵,获取了同一山体不同高程的余震加速度记录,结果呈现出山顶记录到的峰值加速度大于山腰,而山腰记录也略大于山脚的规律。为了进一步分析黄土地区地震峰值加速度的放大机理,运用地脉动观测手段调查了其局部场地条件,得到了山体不同高程的卓越频率。并以典型黄土塬为背景,运用二维等价线性时程响应动分析法对不同覆盖层厚度和不同坡度的黄土塬进行了地震荷载作用下的动力响应分析,分析了不同条件下的山顶和山腰的地震峰值加速度放大特征。结果表明,地震峰值加速度放大效应和黄土覆盖层厚度及黄土边坡坡度有直接的关系。数值计算结果与实际震害观测吻合较好,证实了黄土覆盖层厚度和坡度是峰值加速度放大的重要因素。     

汶川地震余震记录及紫坪铺面板堆石坝余震反应研究

对汶川地震后紫坪铺面板堆石坝台阵余震记录进行了分析,研究实测余震地震动频谱特性等基本特征。选择有代表性的坝址基岩台站记录到的余震地震动作为大坝地震动输入,对紫坪铺大坝进行了三维动力有限元分析,并将计算得到的坝体加速度放大倍数与不同坝高台站的监测数据进行了对比。研究结果表明：实测余震地震动加速度反应谱在短周期部分有一定波动,在周期稍长时随周期增加而衰减,符合地震动反应谱的基本特征;综合实测大坝反应、数值计算结果以及以往实测相关资料,本次紫坪铺大坝余震实测结果反映了土工构筑物反应的一般规律。     

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。     

盆地场地远场长周期地震动输入的确定

盆地场地的长周期结构在远场长周期地震动作用下震害明显,目前国内设计规范尚未将低幅值的远场长周期地震动记录纳入统计范围。研究盆地场地远场长周期地震动输入方法,可用于国内盆地建筑的抗震补充验算。文中针对日本沉积盆地台站地震动记录数据进行统计,拟合出盆地效应与沉积层厚度的关系曲线。结合国内板壳内地震下的基岩地震动衰减关系、盆地效应与沉积层厚度关系曲线以及局部工程场地放大作用,给出适用于国内的盆地场地远场长周期地震动输入方法。基于渭河盆地内的西安市区以及周边地震环境,进行了远场长周期地震动输入方法的案例分析。分析结果表明：盆地效应对加速度反应谱的放大作用和对地震波到达时刻的影响,均随盆地沉积层厚度的增加而变得更显著。文中方法综合考虑了震源分布、震级、震中距、盆地效应和局部工程场地的影响,可用于估计国内盆地场地远场长周期地震动加速度反应谱及其地震动时程,其模拟的加速度反应谱与地震动时程符合实际远场长周期地震动记录的特征。     

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。     

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...     

基于我国现行规范场地划分标准的中小震地震动峰值加速度衰减关系

搜集了美国西部近几年的中小地震记录1 321条以及场地钻孔资料,震级范围为M(3.5~6.5),根据钻孔资料将美国西部地震记录,按照我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定进行场地分类,统计得到了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的地震动峰值加速度的衰减关系并分析了其特点。通过将Ⅰ类场地地震动峰值加速度的衰减关系与前人研究的基岩场地衰减关系对比,发现Ⅰ类场地得到的水平和竖向PGA衰减曲线与前人研究的基本一致。由此说明只要场地类别一致,使用不同地区同类场地的中小震记录进行地震动参数研究是可行的。结果为我国的中小震峰值加速度估计提供了依据。     

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。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

安宁河河谷及邛海地区土层场地对地震动的放大作用

场地土层对地震动的影响研究一直是地震工程研究的主要问题之一。利用汶川地震中安宁河及邛海周边地区6个台站记录到的主震的加速度时程,采用传统谱比法研究了5个土层台站所在场地对地震动的放大作用,研究结果表明:1该区场地对地震动的放大作用与工程地质分区有着很好的相关性,不同的工程地质分区对地震动的放大效应不同,按放大作用大小排序,邛海湖滨平原亚区(Ⅲ3)邛海洪泛平原亚区(Ⅲ_2)安宁河平原区(Ⅱ)山麓坡洪积亚区(Ⅰ_2)中山基岩亚区(Ⅰ_1)。2工程地质分区为山麓坡洪积亚区(Ⅰ_2)的场地对地震动低频分量没有放大作用,但是对地震动高频成分放大作用显著。3工程地质分区为安宁河平原区(Ⅱ)的场地对地震动低频和高频都有放大效应,并且高频放大作用大于低频,并且3个分量放大作用在低频和高频表现不同,低频时地震动放大效应UDNSEW,高频时地震动放大效应EWNSUD。4工程地质分区为邛海洪泛平原亚区(Ⅲ_2)的场地对地震动低频和高频放大作用都非常显著,并且放大系数最大值所在的频带都在1 Hz左右,且放大最大值相差不大。5对于工程地质分区为邛海湖滨平原亚区(Ⅲ_3)的场地对地震动低频和高频放大作用都有放大效应,放大系数较大,且放大效应显著频段分布较宽。     

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。     

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.     

深厚松软场地卓越周期与地面峰值加速度的空间变异特征:以苏州为例

基于区域地震构造与活动性特征,苏州存在遭遇近场中强地震、中远场强地震和远场大地震影响的风险。根据250 m深钻孔信息与111个不同深度原状土样的动三轴试验结果,采用修正Matasovic本构模型描述土的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的。基于393个钻孔的剪切波速资料,以剪切波速不小于700 m/s的岩土层为地震基岩,采用集中质量模型非线性分析法进行钻孔土柱地震反应分析,提出了场地卓越周期的弱震预测法,给出了场地卓越周期和地面峰值加速度(PGA)的空间变化特征:(1)在近场中强地震、中远场强地震和远场大地震的基岩弱震动作用下,场地卓越周期等值线图的空间变异性相似,但PGA放大系数等值线图的空间变异性与基岩地震动特性密切相关。(2)基岩峰值加速度小于0.1g时,PGA的大小主要取决于基岩峰值加速度;反之,基岩地震动频谱特性的影响不可忽略。     

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。     

Seismic ground motion analysis of Shanghai Pudong Airport site considering the effects of spatial correlation and irregular topography

The terminal No. II of Shanghai Pudong International Airport is located at Pudong District of Shanghai City near shore of East China Sea, and the area of the long-span terminal is 400 m × 200 m. The construction site of the terminal locates on the irregular topography, and its alluvium achieves about 300 m in thickness. The spatial correlation of seismic ground motion, as well as the amplification of soft alluvium and the effect of irregular topography, should be considered. This paper uses a simplified method to obtain the response spectrum of the engineering bedrock under the irregular topography. The spectrum is used to generate the sets of spatially correlative horizontal and vertical seismic motions. The surface ground motion was calculated under incidence of the spatially correlative seismic motion by 2D finite element method (FEM) model considering nonlinear properties of the soil by means of the equivalent linear method. In order to compare the effect of 2D irregular topography, the seismic response analysis of 1D model is carried out by using the equivalent linear method. For indicating the effect of the spatial correlation of input motions, the horizontal uniform inputs, as well as the horizontal and vertical uniform input are carried out for the seismic response analysis of the site. Finally, some characteristics of seismic ground motion calculated for previously mentioned cases are compared.     

Investigation of the soil amplification factor in the Adapazari region

Turkey is located on the highly active Eurasian plate. A very active strike slip fault, the North Anatolian Fault Zone (NAFZ), crosses Turkey from east to west; earthquakes occurred on this fault on August 17, 1999 (Kocaeli) and November 12, 1999 (Düzce). Regional geology and subsoil conditions can significantly change the characteristics of ground motion. For this reason, determining soil amplification during an earthquake, especially for soft soils, is a very important topic for researchers. In this study, one dimensional ground response analyses were performed for selected Adapazari sites using the August 17, 1999 Kocaeli earthquake strong ground motion record with SHAKE2000 software. Soil characteristics and depth to engineering bedrock at the selected sites are different and the observed level of structural damage at these sites during the Kocaeli earthquake was also different. Calculated soil surface response spectrums at these sites were compared with the recommended design spectra of the Turkish Earthquake Code and the Eurocode 8. According to one dimensional ground response analyses, the calculated response spectra of the selected sites exceed the recommended design spectra of the Turkish Earthquake Code and the Eurocode 8. Calculations show that higher amplification ratios occur at higher periods due to soil behaviour. Results of this study indicate that local geological conditions may amplify ground motion at some periods and, due to this amplification, the calculated response spectra may exceed the recommended design spectra. Therefore, it is clear that local site conditions must be considered for earthquake-resistant engineering designs on soft alluvial soil deposits.     

Seismic performances of dyke on liquefiable soils

Various field investigations of earthquake disaster cases have confirmed that earthquake-induced liquefaction is a main factor causing significant damage to dyke, research on seismic performances of dyke is thus of great importance. In this paper, seismic responses of dyke on liquefiable soils were investigated by means of dynamic centrifuge model tests and three-dimensional (3D) effective stress analysis method which is based on a multiple shear mechanism model and a liquefaction front. For the prototype scale centrifuge tests, sine wave input motions with peak accelerations 0.806 m/s², 1.790 m/s² and 3.133 m/s² of varied amplitudes were adopted to study the seismic performances of dyke on the saturated soil layer foundation with relative density of approximately 30%. Then, corresponding numerical simulations were conducted to investigate the distribution and variations of deformation, acceleration, excess pore-water pressure (EPWP), and behaviors of shear dilatancy in the dyke and the liquefiable soil foundation. Moreover, detailed discussions and comparisons between numerical simulations and centrifuge tests were also presented. It is concluded that the computed results have a good agreement with the measured results by centrifuge tests. The physical and numerical models both indicate that the dyke hosted on liquefiable soils subjected to earthquake motions has exhibited larger settlement and lateral spread: the stronger the motion is, the larger the dyke deformation is. Compared to soils in the deep ground under the dyke and the free field, the EPWP ratio is much smaller in the shallow liquefiable soil beneath the dyke in spite of large deformation produced. For the same overburden depth soil from free site and the liquefiable foundation beneath dyke, the characteristics of effective stress path and stress–strain relations are different. All these results may be of theoretical and practical significance for seismic design of the dyke on liquefiable soils.     

上覆分数阶粘弹性饱和场地土位移地震放大系数

考虑土体液相和固相的耦合作用,将基岩上覆场地土视为两相饱和多孔介质。为了考虑饱和场地土的粘弹性特性,其固相土骨架的应力应变关系利用分数阶Kelvin粘弹性模型来描述,建立了上覆分数阶粘弹性饱和场地土在简谐地震波作用下的运动控制方程。运用分数导数的性质并考虑上覆场地土的边界条件和透水性条件求解了上覆分数阶粘弹性场地土在简谐地震波作用下的振动问题,得到了饱和场地土的位移地震放大系数。采用数值算例分析讨论了分数导数的阶数、液固耦合系数、土体模型参数、基岩土体剪切模量比等参数对位移地震放大系数的影响。研究结果表明,分数导数的阶数、液固耦合系数、土体模型参数、基岩土体剪切模量比对饱和场地土的地震响应有较大的影响,通过压实场地土,可以达到增大液固耦合系数减小地震响应的作用,通过增大饱和场地土的粘性和剪切模量也可以减小地震反应。