上覆非线性场地土的振动分析

采用一维波动模型,分析半空间上、受竖直向上传播的稳态剪切波激振下剪切模量沿深度按指数规律变化的单层非线性场地土横向自由振动问题,求得位移的闭合解,并由该解得到场地土地表与基岩露头位移幅值之比的放大系数.通过对此类单层非线性场地土的算例分析,讨论了场地土沿深度变化的剪切模量及半空间与场地土层底面之间的阻抗比对场地土放大系数的影响,并验证了剪切模量沿深度按指数规律变化的非线性场地土(0≤α≤1)的自振周期仍可估为剪切波穿过该场地土层所需时间的4倍.

考虑非线性场地效应的概率地震危险性分析

提出了一种改进的考虑非线性场地效应的概率地震危险性分析方法。文中应用实例展示了考虑吉尔罗伊2号场地土层非线性效应的危险性曲线。在卡拉韦拉斯断层上指定了震源参数和地震发生模型,假设该断层为影响该场地的主要震源。采用3次地震的记录经NONLI3程序(可计算土层对强地面运动的非线性响应)建立了该处地表和基岩加速度之间的关系。对一定的基岩运动,估算出的地面峰值加速度(PGA)标准误差的不同值可作敏感性分析。实例研究中包括一个可替换的非线性关系。除了非线性模型,在吉尔罗伊2号场地上的相同土壤剖面也采用了线性响应模型。结果显示,危险性曲线对估算的该处地表加速度峰值的标准误差非常敏感。如果对场地土壤的非线性程度考虑不足,危险性曲线将严重失真。得自回归分析的可替换的非线性模型和线性响应模型在考虑非线性场地效应的危险性评估时是不适用的。

海湾深厚海床场地二维非线性远场强地震反应特征

人们早已认识到远距离强地震可能引起覆盖层深厚的沿海或盆地城市发生严重的地震灾害。以某杭州湾跨海通道为背景,建立跨海湾海床二维场地的精细化有限元模型,依据区域地震活动性,选取远场大地震井下记录作为海床基岩的输入地震动,考虑地震动特性、海床微地形特征、沉积土的空间异质性和非线性滞回特性,研究了远场强震引起的海床场地非线性地震效应特征。海床场地效应与海床微地形特征、沉积土的空间异质性和输入地震动特性密切相关。凹陷地表边缘、基岩隆起和凹陷部位及海床土软弱区域的场地放大效应显著,呈现出低频聚焦现象,且竖向地震反应更为明显。仅考虑水平向地震作用将显著低估海床非线性场地效应程度,水平向和竖向地震同时作用引起的竖向地震效应不应忽视。

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。

汶川地震强余震场地非线性反应

采用汶川地震强余震26个强震动台站记录,基于H/V谱比法,计算台站场地的强、弱震作用下场地卓越频率之比R_(fp)和体现强、弱震作用下场地H/V谱比曲线差异程度的DNL,进而识别并分析场地非线性反应特征。结果显示,R_(fp)、DNL与PGA之间存在显著相关性;其中10个台站出现明显的场地非线性反应特征;大部分台站发生场地非线性反应的PGA阈值为100 cm/s^2,部分为50 cm/s^2;实例证明,因某些台站不易通过H/V谱比法识别场地卓越频率,因此采用R_(fp)识别场地非线性反应具有一定局限性。

基于移动窗解卷积法的2011年日本东北M_(W)9.0大地震场地非线性时变识别

利用模拟记录和2011年日本东北M_(W)9.0大地震观测记录分析了基于移动窗解卷积法识别场地非线性时变特征的可行性,并与移动窗谱比法的结果进行了对比分析.研究表明:基于移动窗解卷积法可以较好地揭示场地非线性随地震动水平的变化过程,识别非线性发生的阈值、非线性变化程度及强震动后的恢复程度;与移动窗谱比法相比,移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但对于存在强阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法可以获得更准确的非线性程度.对2011年日本东北M_(W)9.0大地震中8个KiK-net台站进行了非线性时变分析,结果表明;两种方法识别的非线性阈值较接近,约在40—100 cm/s^(2)之间,且与场地v_(S30)没有明显的相关性;在峰值加速度PGA较低的IBRH20台站,非线性引起的波速下降较小(3%)且震后几乎完全恢复;PGA处于386—822 cm/s^(2)之间的其余7个台站,场地等效剪切波速下降13%—37%,产生了显著的场地非线性,且震后未完全恢复;PGA大于380 cm/s^(2)时,非线性所导致的场地波速下降、恢复与PGA无明显相关性.

基于BP神经网络的场地等效剪切波速变化预测研究

利用日本KiK-net台网提供的407个台站的30952条地震动记录,提出了一种基于BP神经网络的场地等效剪切波速比变化预测模型。模型采用了均方误差函数及Adam优化算法,由3个输入参数、5个隐藏神经元及1个输出参数组成。输入参数为地面峰值加速度PGA、Arias烈度I_(a)及场地剪切波速V_(S30),输出为场地等效剪切波速比(V_(S r))。研究结果表明:该神经网络模型残差对于各输入变量整体呈现出无偏的特性,在大部分的软硬场地中均有较好的预测性能,该模型预测得到的PGA关于V_(S30)的相关系数曲线与用传统的最小二乘法回归得到的函数曲线相比,其相关系数有更好的表现。该模型预测曲线显示,B类场地在PGA达到175 cm/s^(2)时,场地剪切波速下降5%,D、E类场地在PGA达到140 cm/s^(2)时,场地剪切波速下降5%,多数场地的非线性阈值为50~100 cm/s^(2)。PGA在该网络模型中占据着较高的权重,为场地等效剪切波速变化的最主要控制参数。该网络模型捕捉到场地等效剪切波速比随PGA的增大有下降的趋势,而较为松软的D、E类场地受PGA影响更大,下降幅度更大。

三种非线性时变识别方法的对比研究——以2021年日本福岛地震为例

利用2021年日本福岛地震(M_(JMA)7.3)中6个KiK-net台站的观测记录,分别基于移动窗解卷积法、移动窗谱比法和移动窗自相关函数法对场地非线性时变过程进行研究,分析非线性发生的阈值和程度。研究表明:三种方法识别场地非线性时变特征的稳定性不同。移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但其反映的是地表至井下平均波速的变化,识别的非线性程度偏低。对于存在强波阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法和移动窗自相关函数法识别的非线性程度更强;对于较低波阻抗比的浅表层土体,则不容易识别出稳定的非线性时变结果。三种方法识别的非线性最强时刻基本一致,皆位于整条记录加速度峰值附近。基于三种方法识别的6个台站的非线性阈值约在40~140 gal,剪切波速下降比在16%~53%之间,场地非线性程度较明显。

应用邻近强震动站点主余震记录的场地及地形效应分析

2022年01月08日青海门源发生M_(S)6.9级地震,在震源相同、路径类似的条件下,间距5.5 km的地震烈度仪站点观测到的地震动加速度存在较大差异,针对此现象,应用主余震强震动记录,分别使用谱比法和标准谱比法分析了场地效应与地形效应对地震动的影响,并提出了通过移动带通滤波器的高频截止频率来确定地面峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)的主要贡献频段的方法。考虑场地效应和地形放大效应等因素,在不同频带内初步分析了PGA偏差较大的原因。

基于谱比法的高铁地震台站场地分类初探

我国高铁地震台站未进行场地分类,限制了高铁强震记录的使用范围。利用2016年青海门源6.4级地震兰新高铁地震监测台站记录到的主余震强震数据,计算余震峰值加速度小于35 cm/s 2的平均谱比曲线作为场地线性反应参考,评估峰值加速度超过35 cm/s 2的强震记录对应台站场地的非线性程度,从而筛选出用于台站场地分类的强震记录,随后采用中国强震台站经验场地分类方法完成了4个高铁地震台站的场地分类,并证明同一台站近远高铁监测点的场地分类结果相同,这表明我国高铁地震台站建设方案能够有效降低双监测点在场地条件上差异,具有合理性。最后分析了同一台站近远高铁监测点主震强震动记录相差较大的原因。

基于H/V谱比法的场地卓越频率研究

筛选喀什乌恰地区21个强震动数字化观测台站作为研究对象,利用H/V谱比法计算各场点场地卓越频率,并与钻孔剪切波速计算结果进行对比,两者结果相差不大。根据幂指数关系,回归拟合了场地卓越频率与覆盖层厚度的关系,h=43.53 fr^-0.638,有很好的相关性。最后对伽师台55条强震动记录按照峰值加速度分档,计算各分档场地卓越频率,发现0~50 gal之间各分档场地卓越频率相差不大,100 gal以上档场地频率向低频移动,场地发生非线性反应。

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。

深软场地盾构隧道横向地震反应分析

为了研究强震作用下深软地层盾构隧道的地震反应特性,以某海底盾构隧道为工程背景,选取不同的隧道横断面,采用弹性力学孔口问题解,分析了盾构隧道横向地震内力;分别采用反应位移法、反应加速度法对盾构隧道横向地震反应分析,并与动力时程分析结果进行对比。主要结论:圆形隧道结构的内力沿环向呈鹅蛋形分布,轴力和弯矩的最大值分别处于拱肩和拱脚位置;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小,且两者的差异受地震动强度、频谱特性等因素的影响较小。

河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。

西南地区水平向峰值速度、峰值位移衰减关系研究

本文收集西南地区79个4.0<M_(S)≤8.0主震、0<R rup<300 km的自由场地加速度记录,采用合理可靠的数据处理方法获得峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)的水平分量几何均值各1600个.建立包含西南地区强震动数据及相应的震源、距离、场地参数等各项元数据的数据集.统计回归得到西南地区包含震级饱和效应、震级相关几何衰减、线性和非线性场地响应、非弹性衰减的水平向PGV、PGD衰减关系.进行了事件间和事件内残差评估、模型评估.将本文衰减曲线与西南地区大震和强震的实际观测值、川藏区水平向PGV衰减关系以及NGA-West1的水平向PGD衰减关系进行对比.结果表明,本文衰减关系用于估计西南地区震级M_(S)4.0-8.0、距离10~300 km的地震动PGV、PGD是有效的.绝大多数汶川、芦山、鲁甸和九寨沟地震的PGV、PGD观测值分布在本文PGV、PGD衰减曲线±1倍标准差以内.本文的PGV、PGD衰减曲线显示了震级相关的PGV、PGD衰减和土层非线性的平均效应.与国内常用衰减关系和NGA-West1衰减关系相比,本文衰减关系能更好地体现震源特性、传播介质、场地非线性对西南地区水平向PGV、PGD衰减特征的影响.