场地PGA放大系数与场地特征参数相关性及地震动快速评估方法研究

场地地震动PGA放大系数是重大工程地震预警、烈度速报技术及结构抗震设计地震动输入的基础。搜集整理日本Kik-net台网239个Ⅱ场地台站的地震记录,以场地覆盖层厚度D、场地特征周期T、场地v_(s30)以及场地等效剪切波速v_(se)为场地特征参数,以井下记录PGA为地震动强度指标,研究场地PGA放大系数F_(PGA)与场地特征参数之间的相关性;以地表PGA值40 Gal作为预警阈值,采用回归决策树CART方法建立了地震预警的特征参数组合标准。分析结果表明:场地F_(PGA)与场地覆盖层厚度D及场地特征周期T负相关,与场地vs30正相关,与vse相关性可忽略;F_(PGA)与场地特征参数的相关性随着场地地震动强度增大而增大;通过搜集的地震数据对基于CART分类方法建立的场地地震动预警参数指标进行回判检验,检验的总体成功率达到90.09%,其中不预警的成功率为93.64%,预警成功率82.68%。虽然地震动快速评估方法总体成功率达到90%以上,但仍存在5.61%偏于危险的"漏判",所以本文方法仍需要进一步的改进和完善。

场地条件校正的PGA放大系数简化估计方法

地表峰值加速度(peak ground-motion acceleration,PGA)是直观反映地震动强度的一个物理量,概念清晰且工程应用方便.场地条件校正的PGA及其校正方法是特定工程抗震设计需要解决的问题.为此,选取日本具有地表和井下记录KiK-net台网的32个台站及地震数据,通过对实测地震数据分析,提出了一种场地校正的PGA放大系数(f_(PGA))的简化估计方法.该方法通过数据回归给出f_(PGA)概率密度函数参数与场地特征参数线性组合之间的线性和二次函数形式的拟合公式;并采用f_(PGA)概率预测模型,提出了多超越概率水平地表PGA值的预测方法.数据分析结果显示:场地f_(PGA)具有随机不确定性,可以采用对数正态分布函数模拟,其概率密度函数的参数(均值和标准差)与单一场地特征参数相关性较小,但与场地特征参数的线性组合相关性较大.模型预测值与实测数据吻合较好,验证了简化估计方法的可行性.

场地校正的地表PGA放大系数概率模型研究

地表峰值加速度PGA是抗震设计规范和地震预警系统中重要的参数指标,场地PGA估计是工程抗震的必要基础。该文选取日本具有地表和井下记录KiK-net台网的40个台站,研究场地PGA放大系数fPGA的概率分布特征,指出fPGA在给定地震动强度输入情况下基本服从对数正态分布,其概率分布参数(即均值和标准差)与场地土层特征相关;fPGA的概率分布参数与单独的场地工程参数Vs30、Vs20以及场地覆盖层厚度D的相关性较小,但与这些特征参数的线性组合具有一定相关性;通过数据挖掘,建立fPGA概率分布参数与Vs30、Vs20以及D线性组合之间的关联性;采用fPGA概率模型,可以给出多概率水平下地表PGA的预测,实测数据检验了提出的PGA概率预测模型的可靠性。通过该文建立的地表PGA概率预测方法,可为地震预警及烈度速报技术中,地表PGA概率预测的场地校正技术提供一种可行的途径。

基于KiK-net强震台网的软弱土层放大效应研究

本文收集整理了Ki K-net强震台网中39个Ⅲ类和Ⅳ类场地台站的308组强震记录,分析了软弱土层的地震动效应,包括PGA放大系数和加速度反应谱放大系数。结果表明:Ⅲ类场地和Ⅳ类场地的PGA放大系数分别在区间2-8和2-6较为集中,平均值分别为4.21和4.06;Ⅲ类场地和Ⅳ类场地0.3s加速度反应谱放大系数分别在区间2-10和2-5较为集中,平均值分别为5.20和4.54;Ⅲ类场地和Ⅳ类场地的1s加速度反应谱放大系数分别集中在区间2-10和2-12,平均值分别为5.01和5.83;Ⅲ类场地的PGA放大系数和0.3s加速度反应谱放大系数比Ⅳ类场地要大,而1s加速度反应谱放大系数,Ⅳ类场地比Ⅲ类场地要大。

基于大型振动台试验的堆积型边坡峰值加速度放大性智能预测方法研究

地震加速度峰值(PGA)放大系数是研究地震作用的重要参数之一。设计并完成了150组能够考虑地震波类型、坡体形态影响的堆积型边坡大型振动台试验,系统分析堆积型边坡的加速度放大效应,优化改进传统的3层前馈型BP神经网络模型,提出随机型重连BP神经网络模型。在此基础上,综合考虑边坡参数、地震波参数及土体参数等各项因素的影响,建立基于随机重连型BP神经网络的堆积型边坡峰值加速度放大性智能预测模型,并借助模型试验和鲁棒性分析对上述模型的计算精度进行验证和稳定性分析。结果表明,该模型计算精度达到目标要求,稳定性良好,弥补了传统单一函数计算方法的缺陷,可为高烈度山区铁路的隧道工程、桥梁工程及边坡工程抗震设计中地震烈度的确定提供直接参考,有助于推进岩土工程智能化的发展。

顺倾及反倾层状碎裂结构斜坡地震反应的大型振动台试验研究

西南艰险山区分布着大量的不同倾向的层状碎裂结构斜坡,地震作用下极易发生崩塌、滑坡等灾害,对在建的川藏铁路造成严重威胁。通过大型振动台模型试验,研究了强震条件下顺倾、反倾层状碎裂结构斜坡的动力响应、失稳破坏模式以及能量传递规律。试验结果表明:反倾斜坡的抗震性能显著优于顺倾斜坡;顺倾斜坡的破坏模式主要为拉裂-剪切-隆起-滑移型破坏,反倾斜坡的破坏模式主要为拉伸-弯曲-倾倒-崩塌型破坏;反倾斜坡的自振频率高于顺倾斜坡,顺倾斜坡的自振频率随震级的增加而逐渐降低,而反倾斜坡的自振频率在地震波幅值为0.4g~0.7g时出现反复震荡现象;顺倾斜坡存在明显的高程放大效应和趋表效应,反倾斜坡存在高程放大效应,其内部的加速度响应大于坡表。边际谱识别显示:顺倾斜坡的边际谱幅值(peak of marginal spectrum amplitude,简称PMSA)突变在坡腰上部最显著,说明该位置附近地震波的能量损失最大,反映出顺倾斜坡在坡腰上部附近形成了滑动破坏面;反倾斜坡的PMSA在坡肩处降低得最为显著,反映出坡肩部位损伤最为严重,易发生局部崩塌破坏。分析结果与试验现象能够较好地吻合,进一步揭示了不同结构类型层状碎裂结构斜坡在强震作用下的动力响应与失稳破坏模式,为川藏铁路的安全建设提供了依据。

灰岩崩塌体斜坡动力响应与损伤识别

灰岩崩塌体斜坡在天然状态下的稳定性较高,但剧烈地震作用会造成岩体裂缝扩展,导致斜坡发生破坏。通过大型振动台模型试验,研究强震条件下灰岩崩塌体斜坡的动力响应、破坏模式以及能量传递规律。结果表明:地震作用下灰岩崩塌体斜坡的破坏过程主要分为坡肩节理受拉开裂及顶部岩层剪切错动、垂直节理裂缝扩展及剪切位移增加、阶梯状贯通滑动面形成和岩体失稳滑塌4个阶段,破坏模式符合拉裂-剪切-滑移型破坏;斜坡的加速度响应表现出高程放大效应和趋表效应,0.55倍坡高以下时PGA放大系数近似呈线性增长,而在0.55倍坡高以上时PGA放大系数增长较为迅速;当输入地震波幅值小于0.4g时,PGA放大系数随输入波幅值增加而增加,当幅值超过0.4g后,PGA放大系数会有所降低;边际谱识别显示,边坡损伤在从坡肩位置开始,逐渐向下转移,且坡表损伤程度大于坡体内部;在进行损伤判识时,边际谱的灵敏度要优于PGA放大系数。

抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究

以成兰铁路某抗滑桩加固碎石土滑坡为工程背景,设计完成振动台缩尺模型试验,对抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应进行研究。结果表明:前排抗滑桩宜靠近桥梁桩基础提供必要的水平抗力,后排抗滑桩发挥主要的抗震加固作用,桩身裂缝位于滑动面以下锚固段长度1/6~1/3处;随着正弦波振动强度增加,滑坡模型剪切变形峰值先增后减,最高可达7×10~(-5),且位于下滑段的剪切变形峰值有上移趋势,直至滑坡完全被破坏;在逐级加载过程中,滑坡PGA放大系数服从层状分布并随振动加剧呈减小趋势,当滑坡体自振频段与振动波频率接近时出现共振耦合效应,PGA放大系数显著增大,最大值和最小值之比可达158%;当加载正弦波加速度峰值相等而频率不同时,高频振动时土体摩擦耗能较小,PGA放大系数较大。

基于数值方法的不稳定斜坡地震响应研究

地震作用是引起斜坡失稳的重要因素,而处于蠕动变形状态的不稳定斜坡对地震荷载具有更强的敏感性。为探究蠕滑型斜坡的地震响应问题,选取了位于陕南山区的一处不稳定斜坡为研究对象,采用Geo-Studio数值模拟方法,在多级地震强度下对斜坡的稳定性、坡体变形、PGA放大系数等要素展开研究。模拟结果显示,该斜坡发生蠕动变形后稳定性大幅下降,地震惯性力随高程不断增加并在坡面出现最大值,PGA放大系数在滑带处产生突变,增强了斜坡地震响应,极大弱化了坡体抗滑能力;随着地震强度不断增大,坡体中积累了更大的永久位移以及显著变形,最后将导致斜坡会在大于0.1g峰值加速度时沿滑带下滑失稳。研究结果可为午子山不稳定斜坡的抗震设防、治理以及该类斜坡的地震响应研究提供借鉴。

陡倾层状岩质边坡动力响应大型振动台模型试验研究

结合5.12汶川地震诱发的大量次生地质灾害,设计并完成了比例为1:100的边坡大型振动台模型试验,讨论了相似关系和模型的设计、传感器的布置、模型的建造过程,编制了动荷载加载制度。试验结果表明,边坡对输入动荷载具有放大作用,沿坡面向上,PGA放大系数呈上升趋势,并具有一定的节律性,其节律性变化规律受坡体岩性、结构面组合和动荷载振动方向的影响;动荷载X向振动时的坡面峰值重力加速度(PGA)放大系数明显大于Z向振动时的坡面PGA放大系数,说明坡体在X向振动时的动力响应更为强烈;坡体内PGA放大系数在铅直向上呈线性放大,在水平向上表现为节律性变化。试验结果有助于了解陡倾层状岩质边坡在不同动荷载作用下的响应规律,对研究其变形失稳机制和抗震结构设计提供了依据。

基于振动台模型试验的特大断面隧道地震动态响应研究

以福州市二环路金鸡山隧道扩建工程为背景,设计制作了特大断面隧道的1/30缩尺模型,完成了21种工况下的模拟地震动试验,重点关注隧道模型加速度与接触压力的地震响应。将响应加速度峰值与输入地震波加速度峰值的比值,定义为PGA放大系数。各测点的PGA放大系数随着高程增加呈负指数型增大,其场地高程效应的表现形式与一般场地明显不同;随着地震动幅值的增大,各测点PGA放大系数逐渐减小,且不同频率特征地震波激励对高程效应形态的影响已不明显。将响应接触压力峰值与静止接触压力的比值,定义为PEP震荡系数。随着地震动幅值的增大,拱顶与拱底处的PEP震荡系数则始终保持在较小范围内,而拱脚与拱肩处的PEP震荡系数均呈近似线性增大趋势,这为隧道抗震设计中,衬砌-地层接触压力的参数取值提供了定量参考。

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。

不同地基条件下核岛结构动力响应特征研究

建立不同地基条件下AP1000核岛结构的分析模型,对计算模型作用3种人工地震波,并对各个质点的加速度数据进行监测和分析。研究结果表明:软土和硬岩地基条件下,核岛结构从下到上,水平向PGA放大系数先减小后增大,而竖向PGA放大系数几乎保持不变。对于AP1000核岛结构的水平向PGA放大系数表现为软土场地>硬岩场地,而垂直向PGA放大系数表现为软土场地<硬岩场地;软土场地和硬岩场地条件下核岛结构的加速度反应谱均表现出单峰特征,水平向软土场地的反应谱峰值大于硬岩场地,垂直向软土场地的反应谱峰值小于硬岩场地。本文的研究成果对认识AP1000核岛结构的地震响应具有一定的指导意义。

含不连续面岩质边坡动力响应研究

设计并制作2个相同尺寸的含不连续面顺层和反倾岩质边坡模型,并进行振动台试验,研究含不连续面顺层和反倾岩质边坡的动力响应差异。研究结果表明:地震作用下,含不连续面的顺层和反倾岩质边坡坡内和坡面的PGA放大系数均随高程增大,即具有高程放大效应。顺层和反倾边坡在坡顶处PGA放大系数最大,说明坡顶最不稳定。在地震波幅值较少的情况下,无论是坡内还是坡面,反倾边坡的PGA放大系数都大于顺层边坡的;但随地震波幅值的增加,顺层边坡的PGA放大系数大于反倾边坡的。随地震荷载的增加,含不连续面顺层和反倾岩质边坡坡面位移均大幅度增加,反倾边坡坡面位移小于顺层边坡。反倾边坡比顺层边坡更稳定。顺层边坡沿不连续面滑动破坏,而反倾边坡则是由于近似垂直方向的张拉裂缝与边坡中下部的剪切裂缝贯通进而发生整体失稳破坏。

康定M_s6.3和M_s5.8级地震下摩岗岭震动监测数据研究

为研究康定Ms6.3和Ms5.8级（Ms为面波震级）2次地震动的响应规律,在大渡河摩岗岭段两岸斜坡不同高程处掘进平硐并安置了强震监测仪。监测数据揭示：1#监测点记录的水平向和竖直向PGA（地表峰值加速度）最大,Ms6.3级水平向达到了16.5~22.2 cm/s2,竖直向也达到了8.9 cm/s2;Ms5.8级水平向为9.9~11.8 cm/s2,竖直向为4.1 cm/s2。以2#监测点记录的2次地震加速度PGA值为参考,1#监测点水平向和竖直向PGA放大系数最大,Ms6.3级水平向和竖直向放大系数分别达到5.4,4.2,而震级较小的Ms5.8分别为3.7,2.2。傅里叶谱分析可得各监测点记录的2次地震卓越频率相差不大。由各监测点加速度反应谱可得同次地震中海拔最高的1#监测点水平向和竖直向反应谱幅值最大;对比同一监测点不同震级加速度反应谱,较大震级的Ms6.3级各个方向幅值比Ms5.8级大。研究表明斜坡不同高程部位对地震波具有选择放大作用,高程越大,这种放大效应越明显。

地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。

反倾岩质边坡动力响应及地震动参数影响研究

边坡的动力响应特性分析是研究动力条件下边坡失稳机制的前提。基于反倾层状岩质边坡振动台模型试验构建数值计算模型,利用校准后的数值模型研究地震动强度、频率、持时等对反倾层状岩质边坡动力响应特征的影响。结果表明:边坡内部及坡体表面的地面运动峰值加速度PGA(Peak Ground Acceleration)放大系数在竖直方向上都随边坡高度的增加呈非线性增长趋势;PGA放大系数的大小和分布受地震动参数影响显著,其中地震动频率对PGA放大系数影响最大,震动强度次之,持时影响最小。

陡倾顺层及反倾斜坡的动力响应FLAC3D数值模拟

动力作用下斜坡的响应规律是分析斜坡动力失稳机理的关键。文章旨在研究陡倾顺层及反倾斜坡的动力特性和动力响应规律。利用FLAC^(3D)进行数值模拟,采用正弦波为动荷载,绘制了斜坡在不同振幅、频率的动荷载作用下及不同岩性情况下的PGA放大系数等值线图。通过分析得到斜坡高程放大、临空面放大作用和PGA放大系数节律性变化等动力响应规律。

前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台试验研究

设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过输入不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,以及PGA放大系数变化特性。试验结果显示,当滑体为可塑的粉质黏土时,后排抗滑桩桩后土压力峰值分布随台面加速度峰值变化,由三角形逐渐变为倒三角形;由于桥墩、后排抗滑桩间距很小,两者相互作用增强,桥墩基桩受到较大的动力荷载影响,随着台面振动加速度峰值增加,桥墩基桩的应变最大值从桩顶下移至滑面附近;当正弦波加速度峰值相等时,频率越高,土体黏滞阻尼越小,滑坡的PGA放大系数越大,相应云图呈层状分布,同时高频振动波使土体产生较小的位移和变形,导致滑坡推力也较小;振动波在向上传播时,土体存在滤波效应,自振频率附近的频谱幅值会被放大。