水平成层场地地震反应非线性分析

本文首先推导了李小军积分格式(中心差分与Newmark平均加速度法相结合)的增量形式,并据此离散动力平衡方程,同时,采用Pyke提出的土动力本构模型以及多次透射人工边界条件,提出了一种水平成层场地地震反应非线性分析的显式有限元方法,并据此编制了计算机程序。数值实验表明,这种方法能较好地模拟土层在强地震作用下的非线性特性。

季节性冻土和多年冻土对场地地震反应的影响

季节性冻土和多年冻土的存在,对场地的地震反应将产生一定的影响。根据一维波动理论,应用水平层状场地地震反应的等效线性化有关程序,对季节性I,II类场地的冻土区和多年冻土区在不同地震波作用下的反应进行计算,分析冻土层的变化对场地地震反应的影响。计算结果表明:在季节性冻土区,冻土层使自由场地的地面峰值加速度减小,且随冻土地温降低,冻土厚度增大、地面的加速度减小。对II类场地的冻土层影响大于I类场地;在多年冻土区,冻土层厚度越大,II类场地的地面加速度越小,而在I类场地上没有此规律。多年冻土上界以上为融土时,地表面的加速度峰值比上界以上为季节性冻土时要大。

基于可液化场地地震反应数值模拟的影响因素分析

饱和砂土地基在强震作用下会产生液化,导致其强度降低,并产生沉降、侧移和喷砂冒水等现象。基于YANG Zhao-hui提出的砂土液化本构模型,采用OpenSees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,阐述了液化机理以及对地基的作用;通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响。结果表明,饱和松砂场地更易产生液化;大震下场地更易产生液化;长持时的地震动更易造成液化;高频和低频的地震动均不易造成液化,而存在一个最易造成液化的中间频率值。

地震动强度对场地地震反应的影响

通过对场地地震反应的研究发现,地震动强度不同,同样的场地对地震动的影响也不同,得到的反应谱形状也不同。目前我国抗震设计规范中不同烈度下的设计反应谱形状完全一致,没有考虑地震动强弱对相同场地反应谱形状的影响。

针对场地地震反应分析的ANSYS二次开发

以往的场地地震反应分析程序往往缺乏很好的前后处理,难以应用于实际工程。本文利用通用有限元分析程序ANSYS进行二次开发,引入多次透射边界以适用于场地地震反应分析。

基岩输入参数对场地地震反应的影响分析

基岩输入参数主要包括基岩面埋深、基岩剪切波速和基岩地震动强度等因素。本文通过分析某场地在选择不同深度的假想基岩面、不同的基岩剪切波速以及不同基岩地震动强度条件下的场地地震反应结果,得出在不同的基岩输入参数条件下,地表的地震动峰值加速度和加速度反应谱存在很大差异。

沉积层序对谷地场地地震反应的影响-SH波入射

采用一种多域间接边界元方法,求解了层状半空间中多层沉积谷地对平面SH波的放大效应问题。该方法将含有多层沉积的层状半空间分解为开口层状半无限空间域和多个沉积层闭合域,进而通过求解层状半空间中斜线均布荷载动力格林函数来模拟开口域内的散射波场,通过求解全空间中均布荷载动力格林函数来模拟各闭合域的散射波场。方法充分发挥半空间格林函数和全空间格林函数在构造开口半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,具有灵活性强和精度高的优点。文中验证了方法的正确性,并以正常沉积、软夹层沉积和逆序沉积为例进行了数值计算分析,研究了沉积层序对谷地附近地面运动的影响。数值结果表明,沉积层逆序排列时,低波速层对中高频地震动均有很好的"隔震"效果;沉积层序对地面运动的固有频率和卓越频率均有着显著的影响;沉积序列的改变会导致沉积动力特性的改变,进而会影响到沉积谷地与层状场地的动力相互作用机制。

局部成层的海域岛礁场地地震反应分析

综合考虑岛礁与海水的动力耦合作用、固、液介质截断边界处的波动辐射效应和地震波动输入问题,建立二维局部成层的岛礁-海水系统地震反应分析模型,通过与陆域水平成层场地和斜坡平台场地的对比研究,分析岛礁场地地震动场的分布规律。结果表明,岛礁场地的地震反应幅值与水平成层场地相比明显放大,其中礁顶中点附近加速度峰值放大系数可达1~1.5,角点附近可达1.5~2。向海坡坡度和礁坪宽度等地形因素及海水的动力耦合作用均对岛礁场地的地震反应有显著影响,采用一维土层和斜坡平台场地地震反应分析难以全面地刻画岛礁场地真实的地震动场分布特征。对于重要的岛礁工程场地,有必要进行可反映其真实力学特征的岛礁-海水耦合动力分析。

考虑潟湖影响的岛礁场地地震反应分析

建立简化的岛礁-潟湖-海水系统地震反应分析模型,重点分析考虑潟湖影响下岛礁场地的地震反应规律。研究结果表明,潟湖对岛礁临湖侧水平向地震反应的放大作用较为显著,考虑潟湖影响时临湖侧角点的峰值加速度是不考虑潟湖影响时该点峰值加速度的138.6%;随着潟湖水深的增加,临湖侧的地震反应进一步增大;入射波经岛礁-潟湖-海水系统传至礁坪时,中周期的频率成分被过滤,反应谱峰值有向短周期方向移动的趋势。本文研究结果可为进一步确定岛礁场地地震参数提供参考。

基于切比雪夫谱元模型的成层场地地震反应分析

将切比雪夫谱元模型应用于成层场地的一维波动分析,发展了一种具有高阶数值格式的场地地震反应时域分析方法。通过谱单元离散基岩和覆盖土体,建立各个单元的波动方程,并在基岩内设置透射人工边界,模拟底部无限域对内域波动的影响;利用切比雪夫正交多项式构造高阶单元位移模式,得到空间离散后的场地节点运动方程;利用中心差分原理,结合人工边界的数值格式,推导了一种稳定的时域积分数值方案。最后通过2个算例阐释了该方法在场地地震反应分析中的应用,并与传统方法进行了对比分析。数值试验表明,该方法具有高精度特性,在使用较少节点的条件下仍能得到较为可靠的计算结果,可显著地提高场地地震反应分析的计算效率。

场地地震反应分析研究现状及展望

场地条件对结构震害的影响已成公认的事实,如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问题之一,而在场地地震反应分析中确定地震动输入至关重要。针对场地条件和地震动输入对场地地震反应的具体影响、场地地震反应分析方法等方面的研究现状进行了系统总结。已有研究表明,场地条件和地震动输入对场地地震反应分析结果有显著影响。但目前仍存在的问题有:在冻土区进行场地地震反应分析时未充分考虑冻土层的影响效应;缺乏合理的地震动模型来准确描述实际地震动;尚未明确地震波入射角度对场地地震反应的影响规律;目前广泛使用的等效线性化方法不能完全反应土体在地震动作用下的真实运动状态而使其计算结果不尽合理。结合以上问题对还需进一步研究的内容进行了展望,为场地地震反应分析未来的研究工作提供参考。

剪切波作用下水平成层场地地震反应的时频分析方法

针对时域、频域两大类弹性波传播理论分析法所存在的缺陷,基于弹性波动理论,概化水平成层场地的分析模型,利用Hilbert-Huang变换,提出了剪切波作用下水平成层场地地震反应的时频域分析方法,并且通过振动台试验和数值分析结果对其合理性进行了验证。该方法不仅能够充分考虑剪切波的峰值、频率以及持时对水平成层场地地震反应的影响,同时也能够为场地设计地震动参数的确定和土工抗震时频设计提供一定的参考。

冻土场地地震反应分析研究中的关键问题探讨

总结了当前场地地震反应分析的计算方法与发展现状,得到寒区场地中由于冻土层结构的存在会对地震动的传播和场地的地震反应产生影响的结论。土体在冻结过程中其强度与刚度会显著增强,在地震过程中冻融土层界面的容易发生滑移破坏,并对场地地震反应和地震波的传递特征具有较大影响,是冻土场地地震反应分析中应当考虑的关键问题。鉴于当前场地地震反应计算方法不能模拟该界面的滑移特征的局限性,建议构建冻土场地地震反应计算新方法,并阐述了构建该方法所需要开展的基础性研究工作。

基于理想场地模型的不同位置软夹层对场地地震反应的影响研究

为了研究不同位置软夹层对场地地震反应的具体影响,找到土层反应变化的分界点。采用理想场地作为基础研究模型,改变软土层所在位置得到相关计算模型,通过土层反应分析探究不同位置软夹层对场地地表加速度峰值、放大系数、等效剪切波速计算值的影响。研究结果表明: 软弱夹层对场地表现为先放大后缩小的效应;四类场地的传播能力有一定范围;等效剪切波速不能反映土层结构的不同等相关结论,为实际工程场地应用中更合理的进行场地分类,明确软夹层所处位置对震害的影响及西昌实验场的建立提供理论基础。

场地地震反应分析方法

通过对场地地震反应分析方法的介绍,从土体非线性本构模型和土体地震反应分析方法等两个方面,对场地地震反应分析的发展和现状进行了探讨,综合介绍了几种常用的土体非线性本构模型以及相关准则,并对土体地震反应分析的间接性估计方法和直接性确定方法进行了阐述,对工程师提供参考依据。

上海软土场地的地震反应特征分析

近年来的宏观震害资料和强震观测记录已经证明:场地条件不仅对地震动的峰值加速度和频谱形状具有重要的影响,而且与不同类型工程结构的地震反应和震害机理也具有相当密切的关系。上海地区的第四纪沉积土层呈水平层状分布,基岩埋深可达300m左右,且浅部普遍发育有滨海沼泽相软土。因此,上海地区上覆深厚、软弱的沉积土层,对场地的地震反应特性无疑具有重要的影响。文章基于一维场地地震反应的等效线性化频域分析方法,建立了上海软土场地的动力分析模型,以El Centro地震波为例,重点分析了上海地区场地土的地震反应加速度反应和频谱特征。研究表明,在7度抗震设防即场地地面峰值加速度(PGA)等于0.1 g的情况下,上海软土场地的地表峰值加速度具有放大特性,地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征,地面运动加速度反应谱的卓越周期也具有向长周期方向移动的趋势。

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明:桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20%以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10%～25%左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。

考虑深厚覆盖层结构特性的场地地震反应分析研究

复杂深厚覆盖层的存在,使得从底部基岩输入的地震波在向上传播至结构-地基系统建基面时,地震动特性发生明显改变,进而显著影响其上修建结构的地震反应特性。本文针对峡谷区土石坝复杂深厚覆盖层场地条件,建立能够考虑覆盖层结构性沿竖直和水平方向都变化的场地地震反应分析模型,采用基于有效应力法的有限元分析方法,研究覆盖层结构特性对其地震动特性的影响规律。研究表明:河谷基岩地形条件、覆盖层的厚度、水平向上土层结构性变化、软弱层的存在以及场地上新建土石坝结构等,均会对覆盖层的地震动特性产生明显影响;覆盖层结构性对其地震动特性的影响规律相对复杂,覆盖层不仅使得地震动幅值显著变化,也使得输入地震动的频谱特性发生明显改变。

实际地震下核电站场地地震反应非线性研究

基于已公布的日本2007年新潟县中越近海地震期间柏崎-刈羽核电站布设的强震动观测台阵获得的加速度记录,对实际地震中观测到的场地不同深度的地震动记录生成阻尼比为5%的加速度反应谱,通过对不同土层地震加速度反应谱和单位谱比的比较和分析,研究地震作用下土层场地的非线性反应程度,并摸索土层场地对地震动传播的影响规律。

基于一种新显式时间积分算法的场地非线性地震反应分析

针对线弹性结构动力学方程,作者已提出一种具有良好稳定性的二阶精度单步显式时间积分算法。本文将该方法推广到求解材料非线性结构动力学方程中,采用带误差控制的修正欧拉算法计算单元应力,提高显式时间积分算法的精度。将求解非线性问题的显式算法应用于地震波垂直入射时非线性地震反应分析中,使用黏性边界模拟场地土层底部半空间基岩的辐射阻尼,并考虑地震动输入。与中心差分法计算结果进行对比,以表明新显式算法的有效性。