地震波斜入射时二维成层介质自由场求解的等效线性化方法

基于等效线性化频域数值求解方法和二维应变空间状态理论,提出了一种地震波斜入射时二维水平成层介质的非线性地震反应分析方法。首先,建立地震波斜入射下成层弹性介质频域传递矩阵;其次,结合等效线性化方法,给出了地震波斜入射情况下二维等效剪应变求解方法,进而求得任一层的等效刚度和阻尼比,并进行迭代计算,直到满足给定的精度为止;最后根据满足精度要求的等效刚度和阻尼比进行成层介质地震反应分析,求取目标层的地震响应。对某二维水平成层场地地震波斜入射(SH波、SV波和P波)时的非线性地震反应进行了计算,并研究了成层介质场地地震反应随入射角的变化而变化的规律。     

地震荷载下顺层岩体边坡响应特性和抗滑桩控制效果数值模拟研究

高烈度震区岩质边坡的失稳垮塌已成为制约我国基础设施建设快速发展的重大问题。以成兰铁路沿线大型顺层边坡控制工程为依托,针对地震荷载下顺层岩质边坡响应特性和抗滑桩控制效果,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值计算模型,分析了不同振幅、频率及地震波持续时间对不同厚度顺层边坡位移幅值的影响规律。并通过地震作用下有无抗滑桩的顺层岩质边坡的承载特性,分析了抗滑桩的阻滑效应。数值分析结果表明:顺层岩体边坡滑体累积位移随地震荷载振幅呈抛物线式递增,随振动时间线性递增,而随滑体厚度增加线性递减,且高频地震波对顺层边坡的影响越小。此外,双排抗滑桩在顺层岩体边坡加固中的抗震作用明显。     

地震波的分形维研究与应用

分形作为非线性学科的一个新兴研究方向,在地震研究领域也得到了广泛应用.地震波具有分形特性.然而在实际的工程设计中,设计人员在考虑地震作用时却忽略了它的影响和意义.地震波是分形时间序列,其分形维是表征地震波时间序列充实时间-幅值平面程度的量.文中从研究地震影响系数出发,指出同样应当把分维值作为地震波的特征参数之一.简要介绍了一种改进的计盒维数法,并应用此方法计算了几条著名地震波的分维值,进一步说明地震波的分形维可以作为地震波的一种新的特性加以应用.     

非一致激励下李渡长江大桥的地震响应分析

在已有地震危险性评价成果的基础上,基于随机过程理论关于幅值、相位与功率谱的关系式,采用二维相干非一致激励功率谱模型,根据场地地震动参数合成人工地震波,考虑地震波的传播效应和多点激励效应,分析了李渡长江大桥（斜拉桥）在地震激励下的空间几何非线性响应特性,计算了桥梁结构关键部位在地震力作用下的响应特性,并与一致激励下对应响应量进行比较,认为非一致激励下大跨斜拉桥关键部位的某些响应量大幅度增加,说明了进行非一致响应分析的必要性。     

基于振动台模型试验的管桩-土-上部结构体系的地震响应试验研究

通过管桩振动台模型试脸,研究了地震作用下单桩基础结构体系的上部结构加速度放大系数、桩顶最大剪力和最大倾覆弯矩响应幅值的分布规律及其影响因素。研究表明,管桩结构体系的各种地震响应不仅与输入的加速度幅值有关,不同的上部结构和场地的动力特性也影响管桩基础地震响应幅值的变化趋势;坚硬场地上结构的地震反应与结构有关,软弱场地上结构的地震响应与场地有关;实际桩-土-上部结构体系不是一个简单结构,必须整体考虑上部和下部结构的动力特性。     

地裂缝场地地震破坏特征及力学响应研究

为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f4地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响应的影响规律。研究结果表明：地震作用下,上盘土体的地震响应比下盘更大,裂缝出现时间更早,破坏更严重;随着地震强度的增大,土体损伤加剧,刚度大幅退化,两盘土体的动力特性趋于一致,动力响应的“上下盘效应”也不再显著;加速度放大系数由土体底部到顶部逐渐增大,表现出明显的放大效应,但不同土层、不同地震波的放大程度不尽相同;地裂缝场地构造特征会影响地震波在土体介质中的传播方式,改变场地的振动特性。     

利用爆震波识别多层内框架房屋的震害机理与抗震加固效果的研究

利用爆炸地震波对两幢三层内框架房屋(一幢作了抗震加固)进行了动力响应及结构破坏机理的研究。 以试验结果为依据,确定了多层内框架房屋及其加固房屋的动力计算模型。使用时程法的动力计算程序,输入试验中记录的加速度地震波,对两幢房屋作了弹塑性动力响应至破坏的计算分析。计算结果与试验相符。 讨论了爆炸地震波与天然地震波的频谱特性。通过对其速度波峰值和速度反应谱的分析,确定了两类波的相比条件和地震破坏烈度的标定。 将研究结果用到天然地震波作用下的多层内框架房屋震害机理的分析和动力响应计算中,验证了海城和唐山地震中这类房屋的破坏规律。提出了多层内框架房屋抗震加固设计的原则。     

频率波数域内地壳层半空间剪切位错源宽频地震波传播模拟

剪切位错源地震波传播模拟是近断层地震动研究的理论基础，然而现有确定性方法在高频地震动求解和跨尺度计算中存在一定的不足。提出一种剪切位错源宽频地震波多尺度传播模拟的频率–波数域方法，能有效解决从高波速地壳尺度(公里级)到低波速岩土尺度(米级)成层半空间宽频(覆盖0.1～10 Hz的工程结构敏感频段)地震响应问题。利用Fourier-Hankel变换将柱坐标系下的三维波动方程由时间–空间域转换到频率–波数域内，并结合震源作用处的位移–应力间断条件，由修正刚度矩阵方法求得位错源引起的黏弹性层状半空间动力响应。首先与经典Haskell方法比较验证提出方法的正确性和精度，进而建立天津地区地壳结构中跨尺度场地模型，重点讨论震源频率和近地表软弱夹层对地震地面运动的影响。研究结果表明：(1)新方法在宽频地震动和含低波速细分土层的模拟中十分适用，能够清晰观测到位错源作用下地震波在层界面的反射、转换和透射等复杂传播过程及引起的地面运动特征；(2)软弱场地地面运动受震源频率影响明显，高频地震动作用使得地震辐射能量强度及范围增大，或将导致更为严重的地面破裂和结构破坏；(3)不同埋深和厚度的近地表软夹层对软弱场...     

深覆盖土层动力响应时程分析中Rayleigh阻尼系数的确定

合理选择确定Rayleigh阻尼矩阵比例阻尼系数的振型频率对于准确计算场地地震响应有重要影响。将一种高层结构Rayleigh阻尼系数优化方法引入到深覆盖土层的地震响应分析中,并根据土层动力响应的特点进行了相应的改进。选择了28条具有代表性的地震波,通过对某典型深厚土层模型进行地震反应分析,比较了多种Rayleigh阻尼系数计算方法的精度及适用性,给出了深覆盖土层的地震响应分析中Rayleigh阻尼系数的确定方法。     

不同场地条件下钢筋混凝土框架结构的地震反应分析

从"5.12"汶川强震记录中挑选出四川省自贡地形台阵8个台站和宝兴县2个台站的加速度记录,进行了不同场地条件下的地震波频谱特性分析,比较了复杂场地地形条件下的地震动差异。以某钢筋混凝土框架结构教学楼为工程背景,利用ANSYS软件建立教学楼结构的有限元模型,进行了结构动力特性分析;在此基础上,以10条不同场地条件下的地震动时程按照规范调幅后作为输入,对这一钢筋混凝土框架结构进行了地震反应分析,探讨了不同场地条件下结构地震反应的差异。结果表明:自贡地形台阵随着测站高程的增加,地震动幅值递增明显;与基岩地震波的频带分布相比较,土层地震波的频带主要集中在较低频段,土层的高频滤波效应明显;场地条件对结构地震反应的影响较为明显,高程最大的地震波作用下结构的最大剪力响应增大明显。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

成层场地条件下远场地震动传播特性试验研究

设计并完成了成层场地的大型振动台模型试验,研究了成层场地条件下远场地震动传播特性,研究结果表明:从整体来说,当加载El Centro波和汶川卧龙波时,加速度放大系数峰值随岩层倾角的增加而增大,此增大趋势不明显;加速度放大系数峰值随输入地震波峰值增加而增大,此增大趋势较为明显。对于不同岩层倾角的场地,傅里叶谱的幅值均随着高程的增加而增加,在顶部碎石土场地中具有最大的傅里叶谱幅值,建于碎石土场地上的建筑物将遭遇最大的地震动速度。     

隧道–土体–地表结构相互作用体系地震响应影响因素分析

为探讨地下结构近距离穿越地表结构时二者之间地震响应的相互影响规律,建立隧道–土体–地表框架结构相互作用体系计算模型,系统研究对该体系地震响应影响显著的参数,具体包括:隧道的直径和埋深、土体的分层特性、框架结构的高宽比及其与隧道圆心的间距、输入地震波特性等。计算分析表明:(1)隧道对体系自振特性影响并不显著,但地表框架结构则显著改变了体系的频率特征;(2)隧道对地表框架结构地震响应的影响主要与隧道的半径相关,较大的隧道半径可阻隔地震波的传播,从而起到一定的减震功能;(3)由于考虑的框架结构质量相对较轻,地表框架结构对隧道地震响应的影响不显著;(4)由于地震波频谱成分及结构自身频率的影响,不同地震波对体系地震响应的影响十分显著;(5)土的分层特性改变了土体的刚度,因而也影响了体系的地震响应。研究成果可为初步定性确定地下结构与临近地表结构地震响应的相互影响提供参考。     

跨地裂缝框架结构地震响应振动台试验研究

为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应.研究结果表明:地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应...     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

液化地基上超高层结构模型振动台试验研究

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明:随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

考虑行波效应的大跨度悬索桥地震响应分析

以润扬长江大桥为背景,建立结构有限元模型,考虑三种不同卓越周期地震波,分析行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响。在研究中,选用了近场地震波、远场地震波以及普通地震波,视波速从100~8000 m/s,共有9组数据。研究结果表明:考虑行波效应时,悬索桥地震响应与一致激励分析结果相比有一定差异,或增大或减小,这与所选地震波及视波速有关。在低视波速区间内,地震响应随视波速变化波动较大;当视波速大于某一值时,地震响应峰值逐渐接近一致激励的对应值。当地震波低频成分较为丰富,卓越频率与桥梁结构频率较为接近时,结构地震响应更大。     

成层场地振动特性及地震反应简化解析解的完整形式

0　引　　言 场地的振动特性与地震响应分析是工程场地地震危险性评价及地震的场地效应评价和地震小区划研究中的基本问题,由于天然场地的成层性,考虑土层的成层非均质性,发展复杂条件下土层振动特性与地震响应简化分析方法是十分必要和具有实际意义的。基于黏弹性理论的一维剪切条模型(在早期称之为剪切梁模型)能够简便地估算场地的自振特性与基岩地震动作用下的地震响应,从而在工程实际中得到了广泛应用[1～4]。高玉峰等在《岩土工程学报》发表了短文“成层地基一维土层地震反应解析解”[5],针对成层地基,基于一维剪切条模型在时域上给出了地震动力响应的解析解答,王春玲和黄义近期在《岩土工程学报》对高玉峰等的论文进行了讨     

地震作用下岩质边坡动力响应特性及变形破坏机制研究

 以汶川地震诱发大型岩质边坡为研究对象,基于相似理论,采用室内大型振动台模型试验,通过输入不同频率、不同持时以及不同幅值的正弦波,研究顺层及均质结构岩质边坡的动力加速度响应特征及动力输入参数对边坡动力特性的影响。试验结果表明,模型边坡动力加速度分布存在明显的而非线性高程放大特性及非线性趋表特性;且边坡对加速度的放大存在高度效应,即边坡中上部大约3/4坡高以上对水平加速度放大明显,而中下部对竖直加速度放大明显;受地形作用影响,边坡坡脚对加速度具有明显的抑制作用;地震波输入的动力参数对加速度动力特性有影响,地震波频率对加速度影响最为明显,边坡动力加速度随频率的增加而呈非线性增大的趋势,当地震波频率接近边坡模型自振频率时影响最大,且频率的增加改变坡体内加速度的分布特征;动力加速度随边坡输入加速度峰值的增加而增加,但幅值的变化并不改变加速度在坡体内的分布;地震波持时对动力加速度影响轻微。边坡坡体结构是影响其动力特性的重要因素,顺层结构边坡由于存在大量的结构面其动力加速度放大系数要高于均质结构边坡15%左右。     

钢筋混凝土大底盘工程场地地震响应分析

水平土层场地尤其是特殊地形的场地地震响应计算是工程场地安全性评价的重要内容。本文以上海某在建超高层建筑中钢筋混凝土大底盘工程场地为背景,对其深覆盖土层场地进行了地震响应计算分析。为研究地震作用下刚性大底盘可能产生的地震动摆动效应,采用工程场地地震安评报告提供的3条地震波进行了一致激励和行波激励的地震响应分析。计算结果表明,混凝土大底盘具有刚体运动的特点,且具有一定的摆动效应,地震动强度越小,地震波激励方式引起的摆动效应差异越大。行波激励下底盘各点水平加速度响应较一致激励有所减小,按沿基岩一致地震输入进行土层地震反应分析偏于安全。