基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法适用性研究

通过克拉玛依、浙江46个场地的地脉动单点三分向记录和两次地震的强震记录,对比了戈壁荒漠地区地脉动与地震动的H/V谱比,分析了地脉动H/V谱比卓越频率与覆盖层厚度、不同深度等效剪切波速以及特征周期之间的相关性,研究了基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在戈壁荒漠等覆盖层较薄以及东部沿海等覆盖层较厚地区的适用性,对该方法的高频、低频部分进行修正,扩展了适用频带范围。结果表明,在戈壁砂砾地区,地震动与地脉动H/V谱比的卓越频率具有很高的一致性;基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在计算场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期时,对于东部沿海等深厚覆盖层场地会低估,对于戈壁荒漠等浅覆盖层场地会高估;对该方法修正后,适用频带范围扩展到了0.58～12.5 Hz,计算的场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期与实测值的平均相对误差提高到了22%和27%;在0.58～12.5 Hz频带,场地V_(s20)、V_(s30)、T_(s20)、T_(s30)、T_s与地脉动卓越频率也体现出了明显的相关性,V_(s30),T_(s30)与地脉动卓越频率的相关性要大于V_(s20),T_(s20)。     

基于地脉动H/V谱比卓越周期的场地类别划分

基于地脉动卓越周期的场地类别划分方法具有简单经济快捷的特点，包含抗震设计规范(1964)在内的多个历史版本规范与手册都曾给出过相应的划分标准。而现行抗震设计规范(2016)已对覆盖层厚度和等效剪切波速等场地类别划分指标进行了修正，这些对应于历史版本规范的划分标准也已无法继续应用；同时，国内外最新研究也表明，相对于早期划分标准中使用的水平向傅氏谱卓越周期，地脉动H/V谱比的卓越周期能更有效表达场地动力特性。通过对不同类别场地上的地脉动单点三分向观测及H/V谱比分析，研究了地脉动H/V谱比卓越周期与场地类别的对应关系，建议了一套适于现行抗震设计规范场地类别的地脉动卓越周期划分方案。其中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类场地对应的卓越周期范围分别为：T≤0.08 s, 0.08 s0.95 s。通过与基于数值模拟、理论计算及震前背景噪声等方法的对比说明了该方案的合理性。结果表明，该方案相比基于傅氏谱法的方案有很大改进，依据现行规范标准判定场地类别的准确率平均达到72%以上，略偏保守。     

地脉动作用下的岩土动力响应研究

以福建沿海地区(以福州市区为主)场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象，对该地区进行了场地地脉动的测试，利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析。根据实际观测资料研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应特性。结果表明，地脉动的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关；场地土剪切波在覆盖层范围内的传播时间和覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因，其中软土层对地脉动的卓越周期有一定的放大作用；可以通过研究场地地脉动的特性来深入了解研究区岩土的动力特性；建立场地土覆盖层厚度、场地土剪切波在覆盖层范围内的传播时间与地脉动卓越周期之间的相关关系，揭示其内在规律。     

深厚覆盖层液化对场地卓越周期及土石坝地震响应影响研究

针对软弱夹层受震液化对深厚覆盖层场地振动特性的改变以及其上高土石坝的地震响应影响开展研究。将含有软弱夹层的深厚覆盖层场地简化为三质点体系,推导了软弱夹层液化后的场地卓越周期计算公式,进而分析了液化层特征量对场地卓越周期及场地反应谱的影响规律;应用剪切楔法研究了软弱夹层液化对深厚覆盖层上土石坝坝顶加速度放大系数的影响规律。结果表明:夹层发生液化使得场地卓越周期增大,增大程度与夹层液化程度、上覆层与液化层厚度比λ1、液化层与下卧层厚度比λ2密切相关;液化使得场地类别至少增加一类;液化后场地反应谱呈现短周期减震、长周期加震现象,加震减震的分界线一般在0.61-0.88 s范围内,反应谱平台段加宽;液化使得覆盖层上高土石坝坝顶加速度放大系数明显增大,放大作用随着软弱夹层液化程度的增加呈现下降的趋势,在夹层较厚且重度液化时,液化现象对覆盖层上高土石坝动力响应反而有消弱作用。     

浅层地震法单孔波速测试在工程中的应用

浅层地震单孔波速测试（也称Ps测井）作为地基土动力特性测试方法之一,具有简便、快速、经济、准确、分辨率高、应用范围广等优点,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。通过波速测试可获得岩（土）体的弹性波速,确定场地各地层的剪切波波速特征、场地土类型及场地类别确定、场地液化势判别及场地地脉动卓越周期。本文介绍了单孔波速测试的工作原理和野外测试方法,并结合工程实例,说明确定场地各地层的剪切波波速特征和场地土类型及场地类别确定。     

考虑沉积河谷非线性放大效应的空间相关多点地震动模拟

提出了一种考虑土体非线性特性的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法，该方法结合了合理的谱密度函数、相干函数以及考虑土体非线性和场地散射效应的位移幅值比。其中，场地非线性位移幅值比由有限元——间接边界元耦合的等效线性化法计算，并以V形半满河谷模型为例验证了该方法的合理性与可行性。计算结果表明：同线性模型结果相比，考虑土体非线性后，地面运动加速度时程峰值减小，反应谱卓越周期有所延长，且变化幅度与覆盖层厚度有关。覆盖层越厚，变化幅度越大，非线性效果越显著。该文研究可为河谷场地大跨度工程结构抗震设防提供重要方法和科技支撑。     

层状场地脉动卓越频率对应的理论计算深度研究*

地脉动观测是一种简便有效的场地土层动力特性测试方法。本文依据场地脉动能量中瑞利波为主的特性,基于层状场地瑞利波弥散特征曲线,研究了不同场地条件下脉动卓越频率对应的瑞利波波长与场地自振频率理论计算深度之间的关系。计算结果表明：场地一定深度范围内土层剪切波速差异特性是其主要影响因素。如果土层波速差别较小或者某一波速占主导地位,则理论计算深度与瑞利波波长比值约为1/4a(a为瑞利波波速与剪切波速之比),与均匀场地结果接近;反之,土层波速差异越大,两者比值与1/4a偏离越远,且1/4a为比值上限。     

基于地震动预测残差分析的工程场地分类标准检验与评价

各国抗震设计规范采用不同的指标定义场地分类标准,以中、日、美三国的标准最具有代表性,其能否合理体现相同类别内场地放大的集中性、不同类别间场地放大的差异性鲜见有研究开展检验与评价。针对此问题,利用日本KiK-net台网的强震动记录和台站的钻孔资料,分别以三国分类标准划分台站场地类别,基于地震动预测残差分析方法计算台站的真实场地放大因子,比较分析不同分类标准、不同场地类别的场地放大因子均值及标准差分布情况。得到如下结论：在PGA和SA的短周期段(T<0.1 s),以场地自振周期T_S作为分类指标的日本规范没有体现出不同类别间场地放大效应的差异性,以地表20 m内等效剪切波速V_SE及覆盖层厚度双指标的中国规范和以地表30 m以内平均剪切波速V_S30为指标的美国规范均能较好地反映不同类别间场地放大效应的差异性;日本规范在整体上体现相同场地类别内场地放大的集中性方面表现最好,对于长周期(T>2 s)地震动,中国规范则表现最优越;中国III类场地对中长周期地震动的放大体现出较大离散性,分类标准合理性还需要进一步深入分析。研...     

场地条件校正的地震动快速评估方法研究

地表峰值加速度PGA是工程地震预警、烈度速报及结构抗震设计的重要指标参数。搜集整理日本Kik-net台网的地震记录,以我国抗震规范中采用的场地覆盖层厚度D和等效剪切波速Vse为场地特征参数,以基岩加速度峰值PBA为输入地震动强度指标,基于分类回归树CART算法,建立了以地表PGA阈值分别为40 gal、80 gal及120 gal的场地条件修正的地震动预警方法,并给出了参数指标的取值范围。通过对搜集的数据进行回判检验,3种地震强度下总体预警成功率分别为84.7%、90.1%和93.6%。采用我国川滇地区强震数据验证该方法的可靠性,结果显示总体成功率分别为88.4%、92.3%和93.4%。     

近断层速度大脉冲对反应谱的放大作用

收集我国近年发生的汶川地震、鲁甸地震和美国NGA（Next Generation Attenuation）数据库选取的175次地震事件3661组强震动记录,考虑脉冲方向的不确定性,基于小波方法定量识别出165条典型速度脉冲记录,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,通过对比分析原始脉冲记录和提取出长周期脉冲后的残余记录的反应谱特征,研究发现速度大脉冲在其特征周期T_p附近对反应谱有很强的放大作用,这种作用表现为一种窄带效应。基于偏差参数定量揭示了大脉冲在不同周期段对反应谱的放大作用,放大曲线变现为以脉冲特征周期T_p为中心的单峰曲线,在周期T_p处放大倍数最大可达3.5倍,往两侧逐渐变弱,主要影响周期范围为0.5T_p~2T_p。利用最小二乘回归方法分别给出了脉冲放大系数A_f和脉冲周期T_p的经验模型,探讨了地震震级、场地剪切波速对放大系数曲线的影响。研究表明:随震级增大,脉冲放大作用影响的周期范围变宽,放大系数曲线的峰值周期向长周期方向移动;随场地剪切波速增大,脉冲放大作用的影响范围和峰值均向短周期移动,相比震级而言,场地剪切波速对放大系数曲线的影响较小。该文脉冲放大作用的经验结果可用于给定地震环境下（如震级、场地剪切波速）近断层场地速度大脉冲作用下对反应谱的修正。     

考虑频率参数协调的频率相关等效线性化方法

基于土动力试验呈现出的土体动参数频率相关特性,结合一维等效线性化理论,建立了能够考虑动三轴或共振柱测试频率Rf和波速测试频率f（v_s）相协调的频率相关等效线性化方法。首先,基于国内外不同学者的试验结果,回归建立了土体剪切模量-频率和阻尼比-频率关系式,推导得到了规准化频率相关土体剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系式;其次,对频率无关等效线性化方法进行了改进,传递函数采用频率相关的剪切模量和阻尼比,建立了频率相关的等效线性化方法;最后,采用频率相关和频率无关等效线性化方法,分别对单层覆盖层均质线性场地和单层覆盖层非线性场地进行了不同工况下的土层地震反应分析计算,计算结果表明:1）试验室土动力性能参数测试频率Rf对地震响应影响较大,波速测试频率f（v_s）影响较小;2）采用动三轴试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果略低于频率无关方法结果。采用共振柱试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果大幅高于频率无关方法结果。     

视波速确定方法与行波效应研究

通过对地震波在单一土层和不同土层之间传播规律的研究,提出基于岩土层剪切波速的视波速计算方法,并给出多土层视波速简化计算公式,便于工程应用。对于均质土层,地面某点的视波速仅与该点震源深度、震中距和土层的剪切波速有关,视波速恒大于剪切波速。采用结构中点的视波速取代根据其两端点得到的视波速,可以避免结构各方向长度不同的影响,计算简便,误差可以忽略不计。在震源深度范围内,地壳厚度通常远大于覆盖层厚度,多土层的等效剪切波速与震源所在岩层剪切波速较为接近,场地类别对视波速的影响较小。算例结果表明,文中给出的多土层视波速简化计算方法,与视波速方程数值解的误差一般在5%以内。根据95%构件内力影响系数的最大值确定地震行波效应的放大系数,可以避免由于构件内力过小引起行波效应异常增大。厦门新机场分析结果表明,考虑多点激励地震效应后,航站楼结构底部总剪力变化很小;虽然框架柱、支承屋盖钢管柱和大跨度屋盖杆件内力的平均值减小,但部分构件内力可增大约5%~10%。     

计及非稳态效应的地脉动功率谱密度包络修正及应用

地脉动载荷是影响大型精密装置稳定性的重要因素,地脉动载荷功率谱密度(PSD)包络的计算是制定结构稳定性设计载荷的前提。根据地脉动载荷的数值特征,提出了一种考虑地脉动信号非平稳性的功率谱密度包络的修正方法,经过修正后的地脉动功率谱密度包络避免了传统平稳或局部平稳假设下高振幅信号被平均化的问题,所得功率谱密度包络能够充分反映地脉动载荷的最危险剖面,且与时间长度的选取无关。根据所提方法,计算得到了绵阳花荄监测站2015年—2016年的地脉动功率谱密度包络,为大型光机结构的地脉动载荷确定奠定了基础。     

美国西部竖直向基岩强地面运动参数衰减关系研究

利用美国NGA(Next Generation Attenuation)数据库提供的高质量数字强震数据,对美国西部地区自由地表基岩场地的竖直向地震动参数的衰减关系进行了研究,具体包括竖直向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及5%阻尼比绝对加速度反应谱(T=0.04~6.0 s)。将其与采用同样技术手段和同一套数据回归得到的水平向地震动参数衰减关系相结合,对模型化后的竖直向与水平向反应谱比V/H进行了计算,并对其随周期、震级、距离的变化关系进行了分析。新得到的竖直向地震动参数衰减关系的适用范围为Ms5.0~8.0,震中距0~200 km。     

汶川地震竖向地震动特征初步分析

选择国家强震动台网中心发布的2008年5月12日汶川地震四川、甘肃、陕西等地台站中的94组加速度记录进行了处理,提取了一些主要地震动参数,应用统计分析方法重点对地震动竖向与水平峰值加速度比、竖向与水平加速度反应谱及竖向与水平卓越周期比等进行了研究。结果表明:竖向与水平峰值加速度比的平均值为0.58,但约30%台站的峰值加速度比大于2/3;竖向与水平峰值加速度比随震中距的增大减小,近震区该比值离散性较大,场地条件对该比值也有较大的影响;在周期0~6s内竖向与水平加速度反应谱比曲线总体呈马鞍形;不同的周期段,竖向加速度反应谱和水平加速度反应谱的谱形有较大差异,相比水平加速度反应谱,竖向加速度反应谱偏“瘦”;除少数台站外,绝大部分台站竖向与水平卓越周期比均小于1.0,该比值随震中距的增大而增大,并逐渐趋于平缓。上述研究结果可以为时程分析选取竖向地震动输入提供参考。     

考虑土-结构相互作用的结构残余位移比谱EI北大核心CSCD

结构残余位移是抗震性能评估和地震损失评估的重要参数。以往针对结构残余位移的研究主要基于刚性地基假定,而地震作用下基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用效应得到的结构响应存在差异。鉴于此,建立了考虑土-单自由度体系相互作用效应的模型,基于大量分类地震动记录,通过时程分析分别建立基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)效应的结构残余位移比谱,研究场地类别、屈服强度系数和高宽比对结构残余位移比谱及其离散性的影响,建立了考虑SSI效应的结构残余位移比谱预测方程。结果表明:存在临界周期点,当周期小于临界值时考虑SSI效应的结构残余位移比谱值小于基于刚性地基假定的结构残余位移比谱值,且SSI效应程度越大结构残余位移比谱越小;当周期大于临界值时,考虑SSI效应和基于刚性地基的结构残余位移比谱差距很小;AB类、C类、D类和E类场地的临界周期分别为0.5 s,0.5 s,0.8 s和1.2 s;基于刚性地基假定的结构残余位移计算结果偏于保守。     

土-桩-结构振动台模型试验相似理论及其实施

通过分析动剪切模量G的表达形式及其相似比推导,发现由于影响土Gmax和G/Gmax-γ的因素较多,要确立土的剪切模量相似比并使土与桩-结构的模量和密度相似比同时匹配非常困难,即难以使土-桩-结构体系模型与原型之间做到完全相似。根据场地土的卓越周期是结构地震反应的主要因素,提出了采用土的卓越周期相似比设计模型土的方法,并实际应用于土-桩-结构振动台模型试验相似设计中。试验结果表明:应用土的卓越周期相似比设计模型土,保留了原场地土的主要特性,使模型与原型部分相似,这种方法应用在土-桩-结构振动台模型试验相似设计中是合理的。     

双元素掺杂的a-Si∶H光电特性研究

本文研究由氮(N)、硼(B)以及卤素(X)元素掺杂的 a-Si∶H 膜在静电场下的光电特性.实验结果表明,(B+N)、(B+X)双元素掺杂比单元素更明显地提高 a-Si∶H 膜的表面电位 V_(?),降低残余电位V_R,并在 X/Si=10~(-2),B_2H_6/SiH_4=0.3×10~(-4)时,得到了 V_(?)=60V/μm,σ_D=10~(-4)((?)cm)~(-1)的静电复印用a-Si∶H 材料.     

海底与陆地地震动反应谱比定量分析

为了研究海底地震动与陆地地震动反应谱统计特性的差异,选取日本相模湾地区K-net的922组海底地震动记录和KiK-net的4599组陆地地震动记录,通过对海底与陆地地震动标准化弹性加速度反应谱以及弹塑性反应谱的对比分析表明:弹性反应谱的海陆谱比变异较小,平均值可作为定量对比关系;当周期小于0.5 s时海域与陆地地震动的差异较小,当周期0.5 s以上时海域与陆地地震动反应谱的差异明显,海域地震动的竖向分量显著较小;对于等强度延性谱,当震级或震中距较小时,有必要考虑1.5 s及以上周期的水平方向海底与陆地地震动的差别;而对于竖向地震动,则需更加关注0.5 s以下短周期地震动的海底与陆地地震动的差异。     

系阻燃钛合金的非等温氧化行为及阻燃性能预测

采用TGA/DSC实验方法,结合XRD,SEM和EDS分析,系统研究Ti-V,Ti-V-Cr合金的非等温氧化行为及氧化产物的微观结构,并探讨V和Cr元素对Ti-V-Cr阻燃钛合金抗非等温氧化性的影响机制。结果表明:从室温至1723K温度区间内,随着V元素含量的增加,Ti-V合金的抗非等温氧化性显著降低,氧化膜厚度从168μm增加至370μm,Ti-35V合金氧化膜厚度约为Ti-25V的1.45倍;Ti-V-Cr合金的抗非等温氧化性逐渐提高且差异较小,氧化膜厚度从110μm减小至85μm,Ti-35V-15Cr合金的氧化膜厚度比Ti-25V-15Cr降低约15.5%。Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性显著高于Ti-V合金,主要因为非等温氧化过程形成的液态相V_2O_5极大地释放了氧化膜的内应力,提高了氧化膜与合金基体的结合性,并与Cr_2O_3,TiO_2共同阻止了O向合金基体的大量扩散。非等温氧化增重曲线及氧化膜厚度作为特征参数定量描述了Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性,与摩擦着火实验结果相一致,从而预测了合金的阻燃性能。