土體弱化與地震動關(guān)聯(lián)性理論及相互作用規(guī)律研究.pdf

1、宏觀震害經(jīng)驗表明，地震中軟弱場地、土體非線性以及可液化土層等對上部工程結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)與地下工程結(jié)構(gòu)物的破壞影響很大。而地震荷載對工程結(jié)構(gòu)的影響主要從慣性力和變形兩個方面考慮。對地上建筑結(jié)構(gòu)而言，慣性力起控制作用，土體非線性對慣性力的影響在抗震設(shè)計中由反應(yīng)譜體現(xiàn)，此部分由地震動的加速度反應(yīng)譜控制；對于地基基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)而言，土體變形作用超過了慣性力的作用，此部分由地震動中位移響應(yīng)控制。
　　 土體弱化主要表現(xiàn)在三個方面，一是場地本

2、身很軟；二是強震下土體強非線性引起的土體軟化；三是地震下土層液化導致的土體軟化。這三個方面對地震動加速度反應(yīng)譜和土層變形均有很大影響。這類問題實際上是不同類別的場地上地震波引起場地土體弱化，弱化土層又引起地表地震波的變化，屬于典型的地震波-土層弱化動力相互作用。這種相互作用研究的關(guān)鍵是地震波與弱化土層特征關(guān)聯(lián)性的理解及相互作用規(guī)律的掌握，但目前國內(nèi)外對其機理和規(guī)律還沒有形成完整的認識，土體弱化與地震動之間關(guān)聯(lián)性的量化關(guān)系研究尚少，理論基

3、礎(chǔ)較為缺乏。本論文將土體弱化（含液化）與地震動的關(guān)系進行統(tǒng)一考慮，利用波動理論和動力學原理，以土體弱化和地震動關(guān)聯(lián)性理論及相互作用規(guī)律為主題，提出簡化理論模型并給出頻域和時域解答，分析討論各參數(shù)影響，利用理論解的優(yōu)勢，初步提煉土體弱化和地震動關(guān)聯(lián)性的量化關(guān)系及相互作用規(guī)律，主要工作和成果如下：
　　 1.利用大型振動臺試驗手段研究飽和砂土液化對地表運動的影響，了解場地液化地表運動規(guī)律及孔壓升高地表運動變化過程；掌握土層在動荷載作

4、用下弱化損傷條件地面運動和變形的發(fā)展過程，提出土體弱化下土表運動變化特征。
　　 2.分析現(xiàn)有孔壓增長模型，提出適于水平土層應(yīng)力條件的修正的孔壓增量計算模型，采用逐波循環(huán)（Cycle-by-Cycle）迭代法逐循環(huán)累積計算孔壓比發(fā)展進程，給出隨機荷載下孔壓比增長計算方法，并利用振動臺試驗結(jié)果驗證修正模型的合理性。
　　 3.建立水平工程場地土體弱化下地面運動的簡化計算模型，根據(jù)穩(wěn)態(tài)波頻域解推導地表運動（加速度和位移）頻域

5、響應(yīng)的理論解答，通過參數(shù)分析討論土體弱化對地表運動響應(yīng)的影響因素及規(guī)律，指出土體弱化過程和液化后地表響應(yīng)特征。
　　 4.采用土體弱化地面運動變化過程的簡化計算模型，利用Fourier 正（逆）變換方法給出動荷載作用下地表運動過程描述的時域解析解答，通過數(shù)值計算，分析土體弱化對地表運動時程的影響規(guī)律和特征，并結(jié)合大型振動臺試驗結(jié)果驗證時域解答的合理性。
　　 5.通過簡化模型解析解分析提取出土體弱化特征量以及土體弱化引起