利用地脉动进行场地反应分析研究综述

介绍了应用地脉动进行场地反应分析的几种主要方法．概述了应用地脉动进行场地反应分析的现状；分析了各种方法的适用条件及存在的问题，针对其中的某些问题提出了可能的解决方法．

人工拟合地震动时程参数对场地反应的影响分析

采用目标谱拟合法人工合成地震动时程,拟合过程中对包络线参数进行定量的变化,进行土层地震反应分析。根据其对场地反应的影响,讨论时程参数对人工拟合地震动时程的影响规律,为场地抗震设防参数的选取提供依据。研究结果表明:t1t、2和c不同时,所拟合的地震动时程对土层地震反应结果有较大影响,其影响程度与土层结构关系密切。

汶川地震汉源县城震害分布与场地反应分析

为研究汶川地震中汉源县城高烈度异常区震害分布特点,本文利用等效线性化波动方法计算了震害严重区域5个控制性工程地质钻孔的地表加速度峰值及其加速度反应谱。结果表明:汶川地震时,5个钻孔的地表加速度峰值较大,地震烈度达到了Ⅷ度,且5个钻孔地表加速度反应谱都远超过了中震设防标准;背后山滑坡前缘堆积体上的3个钻孔地表加速度峰值相对较大,加速度反应谱超过了大震设防水准;而靠近流沙河和背后山的2个钻孔地表加速度峰值相对较小,加速度反应谱也基本达到了大震设防水准。汉源县城震害分布与场地地震反应关系密切。

利用强震记录进行场地反应分析研究综述

场地反应对地震动的影响是地震工程学中最重要的课题之一,一些破坏性大地震的震害资料表明局部场地反应可以大大加剧地面运动和建筑结构的破坏。分析比较了几种常用的利用强震记录来分析场地地震反应的方法,并就国内外研究现状做了总结。在此基础上详细介绍了各种方法的原理、适用性及存在的问题,针对其中的某些问题提出了可能的解决方法。对于场地地震动反应问题的进一步研究具有参考价值。

基于HVSR谱比法研究场地反应非线性特征

针对汶川地震近断层的众多量大面广的Ⅱ类场地,选用理县木卡台作为研究对象,采用主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比结果,研究场地反应的非线性特征。结果表明:主震、余震、地脉动的速度反应谱HVSR谱比曲线平滑,峰值突出,清楚地给出了场地的卓越频率;场地地震反应随着PGA的变化出现明显的非线性反应,随着PGA的增大,小于100 gal余震、100~200 gal余震、200~300 gal余震以及主震的记录中场地卓越频率有向低频偏移的趋势。

利用广义反演法分析芦山地震场地反应

在2013年4月20日四川芦山Ms7.0级地震序列中我国数字强震动台网获得一批主震、强余震记录,这为研究强震台场地特征提供了基础数据。本文基于参考事件的广义反演方法分析了15个强震台站的场地反应,简要分析了地质条件对场地反应的影响,同时对比给出了基于水平垂直谱比法及一维等效线性化方法确定的场地反应。结果表明,本文选用的参考事件理论震源谱可较好地反映实际震源谱,场地反应结论可靠;与广义反演法相比,水平垂直谱比法较可靠地估计峰值频率但明显低估场地反应幅值,一维等效线性化方法也存在低估场地反应的现象;等效剪切波速VS30与场地反应相关性较弱。

基于强震数据的场地反应项分析及地震动参数预测

场地反应项是描述场地地震反应特征的定量指标,也是标识场地自身频谱特性的特征量。选取新西兰南岛Canterbury地区20个地震台站,搜集2010～2012年14次强震记录210条,借鉴现有的基于单台地震数据的地震动残差分析方法及FA2010和BA2008两个地震动预测方程,研究选取台站的场地反应项曲线(δS2S_s值)。结果显示δS2S_s值与场地条件及沉积土层特性相关,与选取的地震动预测方程基本无关;δS2S_s值越大场地对地震动的放大效应越明显;反之,δS2S_s值越小场地减震效应越明显。采用地震动预测方程预测具体特定场地的地震动参数时,其结果存在一定的偏差和不确定性,通过场地δS2S_s值对预测值进行修正,将场地自身地震反应特性考虑到地震动参数估计中;相对于地震动预测方程的预测值,δS2S_s值修正的地震动参数更吻合实际观测值。研究可以期为考虑场地效应的特定场地地震动参数预测以及特定场地PSHA计算提供一条可靠的途径。

基于竖向台阵地震记录的非线性场地反应研究

利用日本Ki K-Net台网中TCGH16竖向台阵在2009年1月到2014年6月间收集的1 646组地震记录,提取了原位等效应力-应变关系以及等效剪切模量比-应变曲线,建立了土动力学参数与地震动峰值加速度之间的关系,研究了非线性场地反应的阈值与程度。结果表明:(1) TCGH16台阵所处场地的等效剪切模量比曲线在等效应变超过线性阈值应变(约为2×10-5)时开始缓慢下降,在等效应变超过体积阈值应变(约为1×10-4)时迅速下降。(2)当地震动强度分别为100、200、400和800 cm/s2时,场地的等效剪切模量分别下降了约5%、11%、22%、42%。(3) TCGH16台阵发生场地非线性反应的阈值约为40 cm/s2,证实了非线性场地反应普遍存在于中等强度的地震动中。

基于强震观测数据的土层场地反应的研究现状

土层作为一个多自由度体系,当地震波从基岩传播到其中时,其多个振型被激励,放大作用随深度的变化是按照不同振型的特征而有规律地变化。按照不同振型的自振频率分析场地放大作用的特征,可以从本质上揭示场地的固有特性。基于大量相关文献,从场地反应的估计方法、场地反应的机制、非线性场地反应和盆地中沉积物厚度对地震动的影响四个方面综述了基于强震观测数据的土层场地反应的研究现状,并指出其发展趋势。

滇西南地区品质因子、场地反应与震源参数研究

为深入了解滇西南地区地震动影响因素特征,更好地服务于目标区的抗震设防工作与地震预测等相关研究,利用两步非参数化广义反演方法对滇西南地区2007-2019年242组三分量强震记录进行分析,通过对地表观测地震动在频域内的分离求解,给出了该地区0.5~20 Hz的品质因子经验关系,获得了26个强震台站在研究频段内的场地反应,并与HVSR法揭示的场地放大结果进行对比分析。基于网格搜索法确定了35次地震事件的地震矩M0、拐角频率fc及震源模型参数γ,拟合得到了部分震源参数之间的定标关系。研究结果表明,滇西南地区品质因子Q值与频率的关系为Q=94.23f 0.43;相较于HVSR法,非参数化广义反演方法确定的场地反应整体偏高,但2种方法得到的场地反应谱形较一致;拐角频率、地震矩及应力降等震源参数互相具有一定依赖性。

关于抗震设计场地反应分析客观性的一些探讨

在工程抗震设计领域,以SHAKE为工具的场地反应分析已得到广泛应用。场地反应分析简单、易行,然而要得到准确、可靠的分析成果仍需要长期的经验积累和相当的技巧。其中需特别注意的是:场地反应分析所需要的各土层参数均具有相当大的不确定性。这些不确定因素主要来自于:初始剪切模量G0(或最大剪切模量Gmax)、剪切模量衰减曲线、阻尼曲线以及可能存在的软弱土层。对于大型基建工程,场地反应分析的成果对于整个工程的安全、经济性都有重大影响;因此,针对其不确定性应该进行严谨地论证,并在工程设计中充分考虑。建议对各主要参数进行敏感度分析,并将结果综合起来以形成一套理性、可靠的场地反应分析方法。

1994年加州北岭地震期间洛杉矶盆地非线性沉积场地反应的大小

由于难以很确切地将局部场地反应与其他较显著的效应区分开来,因此非线性场地反应的研究存在着实际困难。我们在洛杉矶盆地选择了一个沉积层场地LF6,它具有如下特点:(1)与其他台站相比,它可利用最近的参考基岩场地,以对局部场地放大作用进行准确估计;(2)它可以揭示近地表处清晰的共振现象。我们认为:在确认可能的非线性方面,这种情况呈现出最小的不确切性。将北岭地震、1987年惠蒂尔纳罗斯地震和北岭余震期间的场地反应进行了比较。该台站的记录显示出,在所采用的全部17个地震中,对较大及较小幅值的震动,其基本共振频率有所变化。北岭地震期间的总剪切模量变化是惠蒂尔纳罗斯地震的1.3～1.4倍,并且是余震的1.7倍。对于盆地内其他非线性反应特征难以描述的场地,这一结果将对场地反应的估计起到指导性作用。

场地反应和土—结构相互作用研究的边界元法途径

对于工程中的弹性动力学问题,边界元法是一种精度和效率都较高的数值分析方法。因此,在这一领域它已被广泛应用。本文将详细论述其在场地反应和土—结构相互作用研究中的应用情况,包括地形的不规则性和介质的不均匀性对弹性波传播的影响、壕沟隔振及基础或上部结构、地下结构、桩基与地基的相互作用问题。一、引言在地震工程学学科中,存在着两大波动问题,即局部场地条件对波传播的影响和考虑周围介质影响的结构振动分析。

近场水平波动下局部坡地地形对场地反应的影响规律

文章采用人工边界从半无限土体中截取出局部坡地作为计算区域,并从边界的底部垂直输入水平方向振动的脉冲位移波,验证了人工边界的设置及水平波动输入法的正确可行性。分析了不同的土质边坡在同一坡角下,坡高和观测点位置对场地反应产生的不同影响。

弹性半空间中场地反应解析研究进展

弹性波对局部场地反应的放大作用研究近年来受到了极大的关注,取得了不少的研究成果。文中对近些年来国内弹性半空间中场地反应方面的解析解研究现状做了总结,并对今后局部场地反应解析解的发展趋势作了展望。

基于日本KiK-net地震动数据的场地反应研究

场地反应一直都是地震学和地震工程学等相关领域研究的重要课题之一,对于近断层地震动模拟、地震动预测方程建立、地震动空间分布特征研究、地震灾区的震害评估、建筑物的选址及其抗震设防等具有重要的理论意义和工程应用价值。本文利用日本KiK-net强震动观测数据开展场地分类方法及其场地系数、线性场地反应和非线性场地反应3个方面的研究,旨在揭示场地反应的机理,为建筑物的抗震设防提供科学依据。论文完成的主要工作和取得的主要成果如下:1场地分类方法及其场地系数(1)利用536个台阵记录的9 073条地表水平向地震动数据,首先,依据场地类别、有效峰值加速度,设计地震分组并对这些数据进行分组,然后,根据各组加速度反应谱的平均特征研究其设计反应谱形状。结果表明:(1)各组平台段的动力放大系数均在1.81—3.35之间,平均值为2.50,标准差为0.33。建议设计反应谱平台段的放大系数取平均值2.50。(2)中国建筑抗震设计规范规定的下降段形状过于保守,明显高于观测值,美国规范规定的下降段形状偏于危险,有时会低于观测值;建议在Tg≈6 s的周期范围内,设计反应谱下降段以T–1形式衰减。(2)利用571个台阵记录的10 516条地表水平向地震动记录,首先,依据震中距、震级、有效峰值加速度以及场地类别对这些数据进行分组,然后,根据各组加速度反应谱的平均特征研究3种场地分类方法(中国、美国建筑抗震设计规范中规定的场地分类方法以及本文在Zhao等(2015)分类方法基础上进一步将SC I类场地细化为两类(即SC I1和SC I2类)的基于场地基本周期的场地分类方法)及其场地系数。结果表明:(1)基于场地基本周期的场地分类方法的加速度反应谱离散性最小,美国场地分类方法的加速度反应谱离散性次之,中国场地分类方法的加速度反应谱离散性最大。基于基本周期的场地分类方法能够有效降低加速度反应谱观测值的离散性,在0.5—4 s的周期范围内,与中国的场地分类方法相比,该方法的动力放大系数标准差下降约20%;与美国的场地分类方法相比,该方法的动力放大系数标准差下降约15%。(2)在计算的场地系数的基础上,提出了上述3种场地分类方法中各场地类别在不同周期段的场地系数(包括规准化加速度反应谱平台段高度比值Fac,加速度反应谱分别在0.2 s、1.0 s、2.5 s处的场地系数Fa、Fv、Fd)的建议值。2线性场地反应(1)利用FKSH14台阵记录的288组井上和井下水平向弱震动数据,研究场地基本频率和卓越频率之间的关系。结果表明:(1)在同一次地震中,不同水平分量(EW或NS)的卓越频率在大多数情况下对应着不同阶数的固有频率;在不同地震中,同一个水平分量(EW或NS)的卓越频率在大多数情况下也对应着不同阶数的固有频率;故使用场地的卓越频率难以描述场地的固有特性。(2)无论是在同一次地震中的不同水平分量,还是在不同地震中的同一水平分量,其基本频率相差或变化较小,基本一致,故使用场地的基本频率可以客观地描述场地的固有特性。(2)利用32个台阵记录的2 200余组井上和井下水平向弱震动数据,建立高阶固有频率与基本频率之比与振型阶数之间的经验关系式,相关系数高达0.997。根据场地的基本频率,利用该关系式可以估计场地前17阶甚至可能更高阶数的固有频率。(3)利用249个台阵记录的2万余组井上和井下水平向的弱震动数据,比较场地基本周期与不同影响因素之间的相关性,包括土层厚度、土层刚度、近地表沉积物的刚度以及土层厚度与刚度的组合。结果表明:利用土层的刚度与厚度估计基本周期时,估计值与实际值之间的相关性最高,相关系数不低于0.85;利用土层的厚度估计基本周期时,估计值与实际值之间的相关性较高,相关系数约为0.7;利用近地表沉积物的刚度估计基本周期时,估计值与实际值之间的相关性一般,相关系数约为0.6;利用土层整体的刚度估计基本周期时,估计值与实际值之间的相关性很差,相关系数低于0.2。(4)利用上述249个台阵记录的弱震动数据,比较不同场地类别的基本周期分布和放大作用的平均特征。主要研究结果表明:(1)中国规范中的I1类、II类、III类、IV类场地基本周期主要分布范围分别为0.10—0.45 s,0.18—0.49 s,0.82—1.38 s,1.12—2.65 s;其基本周期的平均值分别为0.28 s,0.40 s,1.06 s,1.88 s;美国规范中的B类、C类、D类、E类场地基本周期主要分布范围分别为0.09—0.20 s,0.15—0.41 s,0.35—0.88 s,0.60—1.76 s;其基本周期的平均值分别为0.15 s,0.33 s,0.71 s,1.20 s;本研究中的SC I1类、SC I2类、SC II类、SC III类、SC IV1、SC IV2类场地基本周期的主要分布范围分别为0.09—0.20 s,0.12—0.24 s,0.20—0.39 s,0.34—0.50 s,0.33—0.66 s,0.77—1.52 s;其基本周期的平均值分别为0.16 s,0.19 s,0.30 s,0.43 s,0.50 s,1.20 s。随着场地变软,基本周期向长周期方向移动;而且,场地越软,基本周期的离散性越大。(2)中国规范中的I1类、II类、III类、IV类场地的主要放大频带分别为2.98—20 Hz,1.55—19.48 Hz,0.57—13.15 Hz,0.31—10.03 Hz;美国规范中的B类、C类、D类、E类场地的主要放大频带分别为3.37—20 Hz,1.91—20 Hz,1.00—15.88 Hz,0.56—11.98 Hz;本研究中的SC I1类、SC I2类、SC II类、SC III类、SC IV1、SC IV2类场地的主要放大频带分别为3.03—20 Hz,2.51—20 Hz,1.63—20 Hz,1.25—17.36 Hz,1.03—16.04 Hz,0.55—13.08 Hz。随着场地变软,场地放大作用向低频方向移动。场地越软,对低频分量的放大作用越显著。而且,由于高阶振型被激励,软土场地(中国规范中的IV类、美国规范中的E类和本研究中的SC IV类场地)对中高频带也有一定的放大作用。3非线性场地反应(1)利用32个台阵记录的3万余组井上和井下水平向地震动数据,首先使用井上井下谱比法估计场地非线性指标APNL值,然后,使用折线模型拟合APNL随PGA的变化规律,以估计非线性场地反应的阈值。结果表明:32个KiK-net台阵的非线性场地反应阈值的差异并不显著,其范围为19—91 cm/s2,平均值和方差分别为60±19.9 cm/s2。按照中国规范划分场地类别,32个台阵中2个I1类场地、26个II类场地,4个III类场地的平均阈值分别为46 cm/s,62 cm/s,59 cm/s2;按照美国规范划分场地类别,32个台阵中4个B类场地、17个C类场地、11个D类场地的平均阈值分别为56 cm/s,59 cm/s,66 cm/s2;按照本研究细化的场地分类方法划分场地类别,32个台阵中3个SC I1类场地、7个SC I2类场地、6个SC II类场地、10个SC III类场地、2个SC IV1类场地、4个SC IV2类场地的平均阈值分别为66 cm/s,58 cm/s,73 cm/s,56 cm/s,49 cm/s,71 cm/s2。场地类别对非线性场地反应的阈值没有明显的影响,不同场地类别的平均阈值约为50—70 cm/s2。(2)利用8个台阵记录的1万余组井上和井下水平向地震动数据,首先,使用井上井下谱比法以及土动力学参数方法分别估计这些场地的基本频率和剪切模量;然后,使用双曲线模型分别拟合基本频率和剪切模量随地震动强度的变化规律,以研究非线性场地反应的程度随PGA的变化规律。结果表明:当PGA低于非线性场地反应阈值时,场地的基本频率与剪切模量不受PGA的影响;当PGA高于非线性场地反应阈值时,场地基本频率和剪切模量的下降幅度均随着PGA的增加而增加:(1)当地震动强度达到100 cm/s2时,场地表现出轻微的非线性,基本频率下降2%—12%,剪切模量下降3%—11%;(2)当地震动强度达到300 cm/s2时,场地表现出明显的非线性,基本频率下降7%—29%,剪切模量下降7%—30%;(3)当地震动强度达到600 cm/s2时,场地表现出显著的非线性,基本频率下降13%—44%,剪切模量下降15%—55%;(4)当地震动强度达到800 cm/s2时,场地表现出强烈的非线性,基本频率下降17%—51%,剪切模量下降23%—71%。(3)利用8个台阵的剪切模量比、PGA随应变变化的拟合结果与Vucetic和Dobry实验室实测的剪切模量比曲线,建立用于估计非线性场地反应阈值和程度的经验关系式。结果表明:(1)通常情况下,场地非线性场地反应的阈值为20—100 cm/s2。非线性场地反应的阈值主要受到场地刚度和塑性指数的影响。对于刚度相同的场地,随着塑性指数的增加,非线性场地反应的阈值增加;对于塑性指数相同的场地,随着刚度的增加,非线性场地反应的阈值增加。当场地刚度增加,而塑性指数减小时,非线性场地反应的阈值可能增加也可能减少,所以硬土场地的非线性场地反应的阈值并不一定高于软土场地,这也是不同场地类别的非线性场地反应阈值之间不存在明显差异的原因。(2)剪切模量下降的幅度(代表非线性场地反应的程度)主要受到地震动强度、场地刚度和塑性指数的影响,对相同刚度和塑性指数的场地,随着地震动强度的增加,剪切模量下降的幅度增加。对于刚度相同的场地,在相同强度的地震动作用下,随着塑性指数的降低,剪切模量下降的幅度增加。对于塑性指数相同的场地,在相同强度的地震动作用下,随着刚度的降低,剪切模量下降的幅度增加。在相同强度的地震动作用下,当场地刚度增加,而塑性指数减小时,非线性场地反应的程度可能增加也可能减少,所以在相同强度地震动作用下硬土场地剪切模量下降的幅度并不一定低于软土场地,这可能导致不同场地类别在相同强度地震动作用下非线性场地反应的程度之间不存在明显差异。(4)利用上述8个台阵记录的地震动数据,使用基于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法,研究场地发生非线性反应后的短期快速恢复过程(第一阶段),使用井上井下谱比法和基于解卷积的地震干涉测量法,研究场地发生非线性反应后的长期缓慢恢复过程(第二阶段)。结果表明:(1)在2011年东日本大地震中,TCGH16台阵在剪切波到达之前,场地还未进入非线性阶段,场地基本频率小幅震荡;当剪切波到达后,场地进入非线性阶段,场地基本频率开始快速下降;达到PGA时,基本频率下降到最低值;然后场地的基本频率开始恢复,在PGA之后的100多秒时间内,场地基本频率快速恢复到震前水平的约90%。(2)上述8个台阵在东日本大地震后,大多数台站基本频率和剪切波速都表现出了长期缓慢恢复过程;并且在东日本大地震的1 200天之后,部分台阵的基本频率和剪切波速均依然低于震前水平。这一方面可能是因为长期缓慢恢复过程还未结束,场地的基本频率和剪切波速将继续恢复直到震前水平为止;另一方面也可能是因为主震对场地土层造成了永久性的破坏。

软土地基上的港口陆域回填区场地地震反应分析

在软土地基上通过回填砂形成的港口后方陆域,其场地为在密实砂层下卧软弱土层的特殊场地。利用一维场地地震反应分析软件DEEPSOIL的时域非线性分析方法建立分析模型,选择10组地震加速度记录作为输入地震动,分析该类特殊场地的地震反应。结果表明,软弱土层在强震作用下会产生大的剪切变形,使滞回阻尼充分发挥从而耗散地震能量;地震在通过软弱土层向上传递过程中迅速减小,软弱土层具有明显的减震和隔震效果。

利用强震记录分析场地的地震反应

利用唐山近场强震记录对如何分析场地反应进行研究 ,分析比较了多种方法 :线性反演法、传统的谱比法以及接收函数法 .通过比较研究 ,发现各种方法都能给出土层场地的卓越周期 ,但每种方法给出的场地反应不完全相同 .其中 ,传统的谱比法与线性反演法的结果较为接近 ,而接收函数法的结果则同其它两种方法的结果相差较大 .在线性反演法中 ,给出了 S波的品质因子 QS,QS在 0 .5～ 32 Hz范围内与频率有关 :QS(f) =67f1 .

埋地管道-场地地震反应振动台试验研究的场地响应

基于多子台台阵系统,北京工业大学于近期开展了多点地震动输入、不同场地条件下埋地管道振动台试验。试验中连续体模型箱固定于3个振动台台面上,相邻台面上的箱体能在水平双方向(纵向、横向)相对运动;3个振动台相互独立,通过分别对3个振动台输入各自的加速度记录实现了多点地震动输入。本文针对其中的横向水平地震激励作用下的场地响应进行研究,分析了一致和非一致地震作用下有无埋地管线时的场地地震响应规律。试验结果表明,非一致激励作用将增大场地土体的相对位移,致使相邻地震动输入点间场地土体受到剪切作用;随着输入地震动强度的增加,场地土体的一阶固有频率持续降低,阻尼比不断增大;非自由场的阻尼比、一阶固有频率等参数略大于自由场。

利用集集地震余震记录分析场地地震动反应

利用1999年台湾地区“921集集大地震”的余震记录，用传统谱比法、线性反演法、S波接收函数法和遗传算法对比分析了车笼埔断层近场区域的场地反应．通过对比4种方法的卓越频率和场地放大因子，发现各种方法能给出较一致的卓越频率，但每种方法的场地反应放大值不完全相同．结果表明，线性反演法与传统谱比法的结果受到参考场自身场地反应的影响；遗传算法作为一种绝对场地反应计算方法其结果是可行的，用遗传算法计算得到的参考场结果对线性反演法结果进行校正，校正后的线性反演法与遗传算法结果非常吻合，也证明了遗传算法结果的可行性，建议推广遗传算法来计算场地反应；接收函数法的结果则同其他3种方法的结果相差较大，考虑到运用强震记录进行H／V方法计算的物理机制仍有争议，建议在实际应用中，慎重考虑应用S波H／V的方法来估计场地放大．最后给出车笼埔断层研究区0．4～20Hz频率范围内S波品质因子值为Qa=69．7f^0.73．