近断层速度脉冲地震动对边坡滑移的影响分析

 采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA(next generation attenuation)数据库及汶川地震动记录中选取196条速度脉冲地震动;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体动力非线性,通过对比近断层脉冲及非脉冲地震动引起的不同参数边坡的滑移特征,分析近断层地震动速度脉冲特性及边坡本身参数对滑动位移值的影响;同时对近断层速度脉冲地震动参数与边坡滑移量的相关性做了对比分析。结果表明：(1) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑动位移值远大于近断层非脉冲地震动,对长周期边坡影响尤为明显;(2) 相比非脉冲地震动,脉冲地震动引起的边坡滑动时间较短,且主要发生在地震动起始阶段的较短时间内(速度脉冲段),滑移的坡体具有更大的滑移速度,携带更高的能量,从而对周边环境产生更强的破坏作用;(3) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑移特征与其速度脉冲特性(持时短、周期长、速度峰值大)密切相关,且峰值地震动速度PGV与边坡滑移量具有高度相关性。最后,通过比较原始速度脉冲地震动及相应的等效脉冲作用下不同参数边坡的滑动位移值,对提取出的等效脉冲预测原始地震动引起的滑动位移的有效性进行分析,并基于此建立脉冲参数–滑动位移曲面。     

近断层速度脉冲地震动对边坡滑移的影响分析

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA(next generation attenuation)数据库及汶川地震动记录中选取196条速度脉冲地震动;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体动力非线性,通过对比近断层脉冲及非脉冲地震动引起的不同参数边坡的滑移特征,分析近断层地震动速度脉冲特性及边坡本身参数对滑动位移值的影响;同时对近断层速度脉冲地震动参数与边坡滑移量的相关性做了对比分析。结果表明:(1)近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑动位移值远大于近断层非脉冲地震动,对长周期边坡影响尤为明显;(2)相比非脉冲地震动,脉冲地震动引起的边坡滑动时间较短,且主要发生在地震动起始阶段的较短时间内(速度脉冲段),滑移的坡体具有更大的滑移速度,携带更高的能量,从而对周边环境产生更强的破坏作用;(3)近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑移特征与其速度脉冲特性(持时短、周期长、速度峰值大)密切相关,且峰值地震动速度PGV与边坡滑移量具有高度相关性。最后,通过比较原始速度脉冲地震动及相应的等效脉冲作用下不同参数边坡的滑动位移值,对提取出的等效脉冲预测原始地震动引起的滑动位移的有效性进行分析,并基于此建立脉冲参数–滑动位移曲面。     

竖向地震效应下近断层边坡永久位移预测模型

利用改进的能量法从美国NGA数据库的4 669条地震记录中量化识别出305条近断层速度脉冲地震动。脉冲具有方向性效应,所有地震动均转换到最强脉冲方向。基于Newmark刚塑性理论模型,考虑竖向地震效应,输入拟合后的地震动,计算了边坡永久位移值。根据大量计算结果统计发现,竖向地震效应对近断层内的边坡永久位移有显著影响,既有边坡地震位移预测模型的预测值离散性较大。通过相关性分析,发现竖向效应作用下,边坡永久位移值与近断层地震动的峰值速度相关性显著。采用统计学回归分析方法,建立了基于峰值速度(PGV)、Arias强度(I_a)、临界加速度(a_c)的预测模型,该模型简单实用,可应用于近断层区域的边坡滑坡地质灾害风险评估。     

近场脉冲型地震动位移比谱特征研究

非弹性位移比谱是估计工程结构非弹性位移一种简单而有效的方法.以大量的地震动记录为基础,研究近场脉冲型地震动位移比谱的特征,同时考察场地条件、峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)、峰值地面速度(PGV)和最大增量速度(MIV)对近场地震动位移比谱的影响.结果表明近场地震动的脉冲作用在0.2～1.5 s的周期段对位移比谱的影响最大,在此周期段,位移比谱增大了近20%左右;在其他周期段,近场地震动的脉冲作用对位移比谱的影响不明显.通过研究不同地震动参数对近场位移比谱的影响发现,峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)是影响近场地震动位移比谱最大的参数,场地条件对近场地震动位移比谱的影响不大.     

近断层/远场地震动作用下控制性岩体结构对地下洞室地震稳定性影响研究

 当前地下岩石工程地震响应研究中,缺乏对近断层地震动的影响机制的研究,也较少考虑地下岩石工程赋存环境中的地质结构。采用一种非线性节理本构模型模拟不利地质结构面,结合从NGA-West2数据库中选取的近断层脉冲型、近断层无脉冲型、及远场地震记录,分析近断层地震动对不利地质结构地震破坏现象的影响机制,并讨论、提出不利地质结构的地震动潜在破坏势,最后针对受层间错动带C2切割控制的白鹤滩水电站左岸尾水系统1#尾调室,揭示其在近断层脉冲型、无脉冲型、远场地震动作用下的动力响应与稳定性的差异。初步研究结果表明：(1) 仅有近断层脉冲型地震动才具有较大的速度、位移峰值和反应谱长周期值的特点,而近断层无脉冲型地震动特性与远场地震动近似;(2) 相对于近断层的大幅值,速度脉冲才是导致近断层地震动具有较大破坏能力的根本原因,速度脉冲使得岩体结构面两盘产生不可接受的剪切位移,成为洞室在近断层地震动作用下独特的失稳机制;(3) 对于地下工程中的不利地质结构而言,相比最常用的地震动强度参数PGA,PGV,PGD和PGV/PGA是为更理想的地震动潜在破坏势,且近断层/远场地震动可适用一种破坏势;(4) 提出的潜在破坏势参数在白鹤滩尾水系统1#尾调室的地震响应分析中得到了较好的验证,若受近断层脉冲型地震动的影响,洞室可能处于不稳定状态,可能需要针对性的抗震支护措施。结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。     

脉冲型地震动对隔震框架结构地震位移反应的影响分析

脉冲型地震动有着不同于一般地震动的特征。采用Seismo Struct建立某12层钢筋混凝土框架隔震结构模型,以集集地震中36条脉冲型地震动作为输入对其进行动力时程分析,分析了隔震结构的支座位移、楼层最大位移、层间位移等位移反应,研究位移反应与脉冲型地震动参数(峰值加速度、峰值速度、峰值速度与峰值加速度的比值、Arias强度、Housner强度、速度脉冲周期与自振周期的比值)的相关性。结果表明,峰值速度PGV和强度类指标HI与隔震结构位移反应的相关程度显著,建议增加PGV为隔震框架结构抗震设计选用地震动提供依据。     

近断层地震动对基础隔震结构地震反应的影响

采用Open Sees对基础隔震结构进行了不同类型地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对结构地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动对基础隔震结构的地震反应有较大影响,甚至可能造成支座由于水平变形较大而导致其破坏,使基础隔震结构的隔震效果有所降低;在罕遇地震作用下,结构的地震响应随近断层地震动的PGV/PGA和PGD/PGA的增大而明显增大,其中PGV/PGA和PGD/PGA对支座位移的影响最大。因而,在近断层区域进行基础隔震结构设计时,应重点考虑地震动的脉冲效应对结构地震反应的影响。     

近断层地震参数与隔震连续桥响应的相关分析

针对隔震连续梁桥,研究了在不同近断层脉冲地震作用下多种地震动参数与地震响应的相关性,研究表明,PGV,V_(max)/A_(max),均方根速度,持续最大速度,累积绝对速度相较于其他地震动参数,与桥梁结构的地震响应相关程度较高。     

LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应研究

对LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下的动力响应进行了系统参数研究.考虑到近断层脉冲型地震动记录数量的有限性,为了参数研究的方便,提出了人工合成近断层脉冲型地震动的方法,即以实际的常规地震波(即远场地震)为底波,在此基础上叠加上等效脉冲模型来模拟近断层脉冲型地震;以此为输入,系统研究比较了在近断层脉冲型地震和常规地震作用下,LRB基础隔震结构的动力反应特性、不同的近断层脉冲型类型以及近断层脉冲型地震动参数和LRB隔震系统力学性能对上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移的影响.研究表明:LRB基础隔震结构在近断层脉冲型地震作用下,上部结构最大绝对加速度和隔震层最大位移与常规地震作用下相比,均有较大增加,隔震范围有一定减小;近断层地震动的脉冲类型,以及脉冲周期对LRB基础隔震结构的动力反应有很大的影响.     

近断层竖向地震动特征统计分析

为研究近断层地区的竖向地震动特性,基于环太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库选取890组强地震动,研究了地震动竖向与水平加速度分量峰值比aV/aH与矩震级、断层距、场地条件和断层类型的统计规律,给出近断层竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH的合理取值。采用基于能量的识别方法判定近断层地震动是否包含脉冲,分别研究竖向脉冲和水平脉冲参数与地震参数关系并对比了竖向脉冲和水平脉冲的速度峰值及周期的衰减关系。结果表明：近断层区域竖向加速度与水平加速度峰值比aV/aH受地震参数影响,规范建议值2/3会低估近断层竖向地震;相比较于水平脉冲,竖向脉冲数量少且分布范围小,水平脉冲和竖向脉冲的峰值、周期也存在差异。     

Effects of a controlling geological discontinuity on the seismic stability of an underground cavern subjected to near-fault ground motions

The mechanism for the influence of near-fault ground motion on seismic issues for underground rock caverns has seldom been addressed, especially for caverns controlled by large geological discontinuities. In this paper, a nonlinear joint model was used to simulate the effects of unfavorable geological discontinuities under seismic excitation. The influence of near-fault ground motion on unfavorable geological discontinuities was analyzed using a large sample of ground-motion records collected from the NGA-West2 database. A damage potential index (DPI) for unfavorable geological discontinuities was proposed and discussed. The #1 surge chamber of the Baihetan Hydropower Plant, which is dominated by interlayer shear weakness zone (ISWZ) C2, was used as a study case to investigate the differences between pulse-type near-fault ground motion, non-pulse-type near-fault ground motion, and far-field ground motion. The results of the study indicate that (1) significant velocity and displacement as well as a stronger long-period response spectrum are key characteristics of pulse-type near-fault ground motions, whereas non-pulse-type near-fault ground motions display characteristics similar to those of far-field ground motions; (2) the velocity pulse is responsible for the destructive capabilities of near-fault ground motions; (3) the peak ground velocity (PGV) was shown to be the most suitable DPI of several ground-motion parameters for large geological discontinuities under seismic excitation (applicable to both near-fault and far-field ground motions); and (4) PGV was verified to be the most effective DPI for ISWZ C2 at the Baihetan #1 surge chamber. The cavern became fragile when subjected to near-fault ground motions, so special seismic reinforcement measures are recommended. These findings may provide a reference for the seismic design of underground caverns.     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

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。     

近场与远场地震动作用下单层柱面网壳结构易损性分析

与远场地震动不同,近场速度脉冲型地震动具有瞬时能量大、幅值大、脉冲周期长等特点,但目前少有学者关注其对网壳结构的影响。以三向网格型单层柱面网壳为研究对象,采用40条近场速度脉冲型地震动及40条远场地震动作为输入,对9例网壳结构进行增量动力分析,基于分析结果建立网壳结构的概率地震需求模型及抗震能力模型,获得网壳结构的易损性曲线,并对比研究两组地震动作用下网壳结构的极限状态失效概率。结果表明：与远场地震动相比,近场速度脉冲型地震动会造成单层柱面网壳结构更为严重的损伤,且损伤指数的离散性更大;近场速度脉冲型地震动作用下单层柱面网壳结构的极限状态失效概率要显著大于远场地震动作用下的极限状态失效概率。     

组合隔震技术在高烈度区复杂高层结构中的应用研究

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点,结合某高层医院建筑结构设计实例,研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施,提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明,组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形,减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应,结构构件损伤程度和范围大幅降低,屈服耗能机制更为合理,有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别,结果表明,在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波,采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应,隔震设计时应慎重考虑。     

Application research of combined isolation technology in complex high-rise building in high seismic intensity region

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点，结合某高层医院建筑结构设计实例，研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施，提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明，组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形，减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应，结构构件损伤程度和范围大幅降低，屈服耗能机制更为合理，有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别，结果表明，在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波，采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应，隔震设计时应慎重考虑。     

不同震源机制的近断层脉冲型地震动频谱特性及强度指标研究

将不同场地类别和震源机制上的118条近断层地震记录进行分类,基于基础隔震结构的双自由度体系简化模型,利用状态空间法及四阶龙格-库塔法对结构的弹塑性反应谱进行求解,研究了场地类别和震源机制对反应谱频谱特性的影响。通过分析近断层地震记录的3个强度指标与基础隔震结构最大弹塑性响应的相关性,探讨了基础隔震结构地震反应分析时强度指标的选取问题。结果表明,三种场地类别条件中,速度反应谱规律不明显,但逆断层地震动的平均加速度反应谱和逆斜断层地震动的平均位移反应谱均最大。场地类别和震源机制不同,地震动强度指标与结构响应的相关程度不同。因此在进行近断层脉冲型地震动作用下基础隔震结构地震反应分析时,建议考虑结构所在场地及地震动的震源机制后采用不同地震动强度指标来选择和调整地震动输入。