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。

巨厚沉积土夹火山岩场地非线性地震反应特性

地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对核岛场地地震效应评价结果的合理性具有重要影响。以拟建某沿海核电厂深度470 m沉积土夹火山岩层场地的3个钻孔剖面为研究对象,采用一维等效线性波传分析(ELA)法、基于Matasovic本构模型和Davidenkov-Chen-Zhao(DCZ)本构模型的一维非线性分析(NLA)法,选取不同剪切波速的5个岩土层作为地震基岩,研究了输入地震动特性、地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对巨厚沉积土夹火山岩层场地非线性地震反应特性的影响。结果表明:(1)以浅层硬岩夹层或深部土层作为地震基岩,NLA法计算的5%阻尼比的地表谱加速度SA的短周期部分较之ELA法的计算值大,但两者计算的地表SA谱的长周期部分几乎一致;(2)基于Matasovic模型和DCZ模型的NLA法计算的地表SA谱谱形和峰值加速度随深度的变化趋势基本一致;(3)从NLA法计算的地表峰值加速度和累积绝对速度而言,以剪切波速约2500 m/s的浅层硬岩夹层作为地震基岩是适宜的。

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。