新一代土層地震反應分析方法研究.pdf

1、大量宏觀震害經驗和強震動觀測數據表明，場地條件對地震動響應影響顯著，尤其淺表覆蓋土層對地表震動的放大作用十分顯著。對一般工程和重大工程進行抗震設防是防震減災的最主要途徑之一，設計地震動參數確定的合理性和可靠性將直接影響到建設工程的安全性和經濟性。土層地震反應分析作為地震區(qū)劃和重大工程地震安全性評價的核心技術之一，是目前研究場地條件對地震動影響的最主要方法，目的就是為工程結構的抗震設防提供合理可靠的設計地震動參數。
　　我國目前地震

2、安全性評價所使用的主要是LSSRLI-1等效線性化程序，代表著上世紀80年代國際先進水平，程序提出至今已快30年，為我國地震區(qū)劃和地震安全性評價事業(yè)做出了非常大的貢獻。但是在不斷的工程實踐當中，LSSRLI-1也逐漸表現出了一些不足之處，尤其是在某些場地較軟或輸入地震動較大的情況下， LSSRLI-1計算結果不盡人意。SHAKE2000和DEEPSOIL分別代表了頻域等效線性化和時域非線性計算方法的國際先進水平，對比分析表明，雖然此二者

3、結果整體上優(yōu)于LSSRLI-1，但依然存在著厚軟場地放大效應體現不足的瓶頸。
　　本論文立足我國工程建設急需，瞄準國際上軟弱土層地震動計算結果“矮粗胖”及硬土中等效線性化缺少高頻分量等尚未解決的難題，提出了新一代土層地震反應計算方法并編制相應的計算程序SOILQUAKE，主要完成了以下幾方面的工作：
　　(1)以經典工程波動理論為基礎，推導出了土層地震反應分析的線性粘彈性精確解；四種類型場地126組工況分析表明，我國現行安評

4、程序主要問題是軟弱場地上計算剪應變偏大，導致地表響應水平偏低；通過改進剪應變計算方法，重新編制了等效線性化土層地震反應分析程序 SHAKE-China，對比結果表明與 SHAKE-2000具有同等精度。
　　(2)采用新型高精度動三軸儀，就荷載頻率對動剪模量和阻尼比影響開展了專門試驗研究，提出了荷載頻率對常規(guī)土類參考剪應變和最大阻尼比的影響模式，給出了修正系數曲線，并以此評估了考慮模量阻尼比的荷載頻率相關性對地震動的影響；結果表明

5、，荷載頻率對無粘性土動剪模量和阻尼比影響很小，基本可以忽略；粘土隨著荷載頻率的增大，動剪模量和歸一化模量比增大而阻尼比減小，影響十分顯著；如不考慮模量阻尼比的荷載頻率相關性，將必然會使含有粘土層的場地反應結果產生較為顯著偏差。
　　(3)提出了水平成層場地土體剪應變與震動速度關系的精確理論解答，對地震荷載作用下水平成層場地土體剪應變與震動速度之間的關系進行了解析，指出土體剪應變與震動速度的關系與波頻具有強烈相關性，現有的考慮頻率相

6、關性的改進方法均是以剪應變與震動速度為恒定比例關系為基本出發(fā)點，存在明顯定性錯誤。
　　(4)提出了動剪模量阻尼比直接頻率相關計算方法（簡稱“直頻法”），研發(fā)了新一代土層地震反應分析方法和程序SOILQUAKE（“首克”），寓意為首先攻克現有軟弱土層地震動計算結果“矮粗胖”和硬土中等效線性化缺少高頻分量等求解難點。
　　(5)實際記錄檢驗結果表明，對硬場地和中硬場地，SOILQUAKE與SHAKE-2000和DEEPSOIL

7、結果基本一致，與實際記錄也比較接近，但SOILQUAKE相比SHAKE2000在高頻部分的表現更加合理，與DEEPSOIL基本一致；對一般軟場地和巨厚軟場地上，SHAKE2000和DEEPSOIL嚴重低估了場地效應，結果基本不可靠，而 SOILQUAKE與實際記錄整體上最為接近，輸出的加速度峰值相對偏差也都在±20％的可接受范圍以內，在一般軟場地上優(yōu)勢顯著，在巨厚軟場地上優(yōu)勢十分顯著。
　　不論從理論上還是從實際對比結果來看，本文