基于SOILQUAKE软件方法的厚层淤泥场地设防地震动参数确定探讨

以天津滨海某厚层淤泥场地为例,分别采用等效线性化法(LSSRLI-1)和新一代土层地震反应分析SOILQUAKE软件方法在场地危险性计算确定的不同设防水准地震动输入条件下进行了建模土层地震反应计算。计算结果表明:(1)对厚层淤泥软弱场地,与新版区划图结果相比等效线性化法可能会低估场地地震作用,甚至是低估场地设防烈度;(2)SOILQUAKE软件方法在软弱场地设计地震动参数确定时仍能体现一定的放大作用,尤其是强地震动作用下,克服了等效线性化方法在软弱场地计算时出现的设计谱明显矮、宽现象,与当前认识相一致,为软弱场地重大工程设防参数确定提供了参考;(3)SOILQUAKE软件方法在软弱场地设计地震动参数确定较新版区划图结果设防标准有大幅度提高,考虑到相关抗震设防规范的协调性,还需进一步对其他类型软弱场地进行大量强震记录输入计算检验,以便更好的工程应用。

新一代土层地震反应分析方法

剖析了当今国际上频域等效线性化和时域非线性求解土层地震反应分析方法的典型代表SHAKE2000与DEEPSOIL,对目前其他学者FDM改进方式的可行性进行评判,采用新的直频法动剪模量阻尼比求解技术,提出新一代一维土层地震反应计算方法和程序SOILQUAKE,并用四种类别和巨厚场地实际记录检验了新程序。结果表明:SHAKE2000与DEEPSOIL在一类、二类场地上基本一致且结果可靠,三类和四类场地上两程序计算反应谱"矮粗胖"现象严重,与实际情况相差甚远;现有考虑频率相关性的FDM改进方式,其基本出发点存在定性错误;对硬场地和中硬场地,SOILQUAKE与SHAKE2000和DEEPSOIL结果大致相似,但在高频部分表现比SHAKE2000更加合理,与DEEPSOIL基本一致;对软场地和巨厚场地,SOILQUAKE克服了SHAKE2000和DEEPSOIL严重低估场地放大效应的缺点,模拟结果与实测记录较为接近,在软场地上优势显著,在巨厚软场地上优势十分显著。SOILQUAKE首先攻克现有软土层地震动计算结果"矮粗胖"和硬土中等效线性化方法缺少高频分量求解难点,具备了作为新一代一维土层地震反应计算方法的能力,将在http://www.soilquake.com或http://www.soilquake.cn上提供共享服务。

巨厚场地三种土层地震反应分析程序对比检验

利用日本Ki K-net强震动观测台网数据库中巨厚土层的井下地震记录,对新研发基于频率一致等效线性化的一维土层地震反应计算方法 SOILQUAKE16以及当今国际上两种代表性一维土层地震反应计算方法 SHAKE2000和DEEPSOIL5.0在巨厚场地的可靠性进行对比检验。检验工况包括了土层厚度分别是215 m和148 m两个台阵,取其中地表峰值加速度不小于0.02 g的60台次水平地震加速度记录,地表峰值加速度范围为0.024~0.425 g,加速度峰值放大系数2.76~4.01。对比检验结果表明:烈度6度和7度偏下的较弱地震动下,SOILQUAKE16、SHAKE2000和DEEPSOIL5.0四个方法结果精度相当,计算出地表PGA与加速度反应谱均与实际较为接近,此时几种方法皆可采用;烈度7度中上、8度和9度的较强地震动下,DEEPSOIL5.0和SHAKE2000计算出的地表PGA较实际记录偏小,且随地震动强度增加与实测结果差距急剧增大,甚至小于井下输入,加速度反应谱"矮粗胖"不合理现象严重,不宜采用;而SOILQUAKE16计算出的地表PGA和反应谱均与实际记录相当,克服了以上弱点,可体现出深厚土层的放大作用,建议采用。SOILQUAKE16计算程序现已通过网络平台http://www.soilquake.org.cn提供共享服务。

硬场地实测记录下几种土层地震反应分析程序可靠性对比

以日本Ki K-net强震观测台网中硬场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法 LSSRLI-1(频域)、SHAKE2000,时域非线性方法 DEEPSOIL和频域一致等效线性化方法 SOILQUAKE等几种计算程序在硬土场地地震反应分析中的可靠性进行对比检验。检验工况包括Ki K-net井下台网中地表峰值加速度不小于0. 05g的水平硬场地的总计344台次的加速度记录,涉及5个台站,土层厚度6~50m,地表峰值加速度范围0. 050~0. 805g。结果表明:认为硬土场地以往计算方法能够体现土层放大的认识是片面的,在中强地震动情况下,现有流行方法计算出的地表响应会偏小,强地震动下会严重偏小,会给工程抗震设计提供偏于危险的输入;硬场地中烈度8度以下(地表PGA在0. 19g以下),SHAKE2000和DEEPSOIL、LSSRLI-1(频域)计算结果与实际记录差距可以接受,但烈度8度以上,计算出地表响应均较实际记录明显偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大;硬场地中,无论何种烈度,SOILQUAKE16计算的地表加速度响应与实测相当,可体现出土层放大作用。

基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研究

软土场地地震反应计算分析方法是公认难题。以日本KiK-net强震观测台网中所有软土场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法SHAKE2000、时域非线性方法DEEPSOIL和频率一致等效线性化方法SOILQUAKE三者在软土场地地震反应分析计算中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05 g的所有水平软土场地的总计309台次的加速度记录,涉及24个台站,土层厚度28 m～240 m,地表峰值加速度范围0.050 g～0.580 g。对比结果表明:烈度6度和7度偏下(地表PGA在0.12 g以下)的较弱地震动下,对三类、四类和巨厚场地,SOILQUAKE、SHAKE2000和DEEPSOIL三个方法计算结果相差不大,与实际记录较为接近,皆可采用;烈度7度中上以上(地表PGA在0.12 g以上)的较强地震动下,无论是三类、四类和巨厚场地,DEEPSOIL和SHAKE2000计算出的地表PGA和反应谱较实际记录偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大,甚至小于井下输入,而SOILQUAKE计算出结果与实际记录基本相当,可体现出软土场地放大作用,也证明了频率一致等效线性化方法的有效性。

新一代土层地震反应分析方法研究

大量宏观震害经验和强震动观测数据表明,场地条件对地震动响应影响显著,尤其浅表覆盖土层对地表震动的放大作用十分显著。对一般工程和重大工程进行抗震设防是防震减灾的最主要途径之一,设计地震动参数确定的合理性和可靠性将直接影响到建设工程的安全性和经济性。

基于实测记录的土层地震反应分析程序对比研究

DEEPSOIL和SOILQUAKE是两种典型的土层地震反应分析程序,已有研究表明,我国学者新近开发的SOILQUAKE程序更适用于模拟深厚软土场地的非线性反应,但对于该程序的验证分析,大多是通过与其他一维土层分析程序或基于单一场地的实测记录进行对比验证,尚有待通过不同类型场地的实测记录进行验证并进一步分析程序的可靠性。本文选取日本KiK-net台网中包含Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地的多个台站地层参数及实测地震波记录,通过SOILQUAKE和DEEPSOIL建模计算,从土层放大效应及地表反应谱特征等方面进行对比分析。结果表明:(1)SOILQUAKE在Ⅱ、Ⅲ类场地情况下能够较好地预测土层响应,但在Ⅳ类场地上地震烈度达到7度之后,地表PGA计算结果比实测记录有所偏小,但误差仍在可接受范围内;而DEEPSOIL的计算值则在各类场地中均明显偏小,与实测记录的偏差随着场地特征周期及地震强度增加而增大。(2)场地土的层数较多且各层土性差异较大时,两种程序计算与实测记录的偏差比土层简单时明显增大。(3)需要注意的是,SOILQUAKE对放大效应预测足够时,有时伴随着地震反应谱“左移”的问题,该现象在各类场地中均有所存在,且在存在“左移”的案例中,现象随着场地特征周期和地震动强度的增加表现得更显著。

基于西昌地区强震记录的一维土层地震反应分析方法研究

利用西昌地区强震动观测台站在汶川特大地震中获取的强震观测数据,采用LSSRLI-1、DEEPSOIL7.0和SOILQUAKE三种程序计算出不同台站场地在同一强震记录输入条件下的地震反应结果,分析不同程序得到的峰值加速度(PGA)和地表加速度反应谱(Sa)的异同,并探讨其适用性。结果表明,LSSRLI-1和DEEPSOIL7.0两程序计算得到的地震参数结果相差不大,二者对PGA放大效应均不明显,放大系数集中在1.2~1.3之间,且反应谱在低频段和高频段未体现出强烈变化,整体呈现出一个“矮粗胖”的现象,皆与地表实测记录比较相差较大;而SOILQUAKE的计算出的地表峰值加速度和地表加速度反应谱都与实测值接近,明显反应出了土层的放大作用,放大系数集中3.46~3.66之间,因此,SOILQUAKE与LSSRLI-1和DEEPSOIL7.0相比可以较好地模拟西昌地区“汶川”特大地震中的地震结果。

2种典型土层地震反应分析方法在软土场地的适应性

基于日本强震观测网(K-NET)的强震记录,对典型的时域非线性分析方法(NERA)和国内新型等效线性化方法(SOILQUAKE)进行检测,分析了其在软土场地的适应性。检测了10个软土场地共28条强震记录,地表峰值加速度为0.09~1.21 g,土层厚度为50~150 m。结果表明:在强震动(烈度七度以上)作用下,无论Ⅲ类和Ⅳ类场地的SOILQUAKE计算结果都较为接近实测结果,计算结果稳定、可靠;而NERA在高强震动(八度及以上)作用下,计算结果与实测偏差较大,且出现计算的放大系数小于1的不合理情况。