基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

北部湾软土吹填场地不同地下水位动力响应研究

为了探究不同地下水位的场地条件下对吹砂填海场地动力响应的影响,以广西北部湾吹砂填海场地为研究对象,基于FLAC3D软件结合前期室内试验结果建立了场地模型,进行了数值模拟分析。在此研究中着重分析地下水位的变化对场地加速度放大系数、加速度反应谱和地震液化效应的影响,为减轻吹砂填海建设场地的震害程度提供参考依据。结果表明:随着地下水位埋深的增加,地表加速度放大系数呈现出逐渐减小的趋势,地震放大作用主要集中在短周期,卓越周期也在短周期处取得;随着地下水位埋深的减小,地震波高频成分被过滤,低频成分被放大,场地特征周期与卓越周期均有增大趋势;地下水位变化对吹填沙土层液化的产生和发展具有显著的影响,随着地下水位的上升,砂土表现出更强的液化效应,并且液化现象随着地震峰值加速度的增大逐渐沿土层深部发展。     

兰州黄土场地地震动参数量化研究

为了进一步了解土体性质(Q3和Q4黄土)和土层厚度对黄土场地地震动效应的定量影响规律,利用等效线性化波动分析方法,在总结了兰州地区不同年代黄土波速值随土层变化的基础上,结合具体的黄土动力学参数及现场波速测试成果,开展黄土场地在不同性质黄土覆盖条件下地表峰值加速度PGA和黄土场地特征周期Ts等指标变化特征的场地地震反应计算。本文在考虑50年超越概率分别为63%,10%,2%的兰州人造地震波荷载作用下,探讨了不同性质黄土覆盖层的影响,并进一步建立了不同条件下黄土场地地震动反应谱特征周期计算公式。研究结果表明:黄土的性质和厚度对地表放大系数影响较大,随着土层厚度的增加,地表峰值加速度放大系数具有非线性的特点,整体上随土层厚度的增大而增大。在两种性质黄土覆盖条件下,反应谱特征周期变化规律相同,呈对数变化特点。随着土层厚度增大,反应谱特征周期不断增大,增长速率逐渐减小。     

饱和砂土地铁车站的振动台试验研究

地震作用下,饱和砂土地层地铁车站的动力反应特征是城市轨道工程抗震的关键问题。以太原地铁新近沉积粉细砂地层地铁工程为对象,通过模拟地震运动输入的饱和砂土地基地下结构的振动台模型试验,分析了不同峰值加速度地震作用下饱和砂土与地下结构相互作用的动力反应性状。研究了地震波作用的放大效应与频率特征,动孔压比增长发展过程和液化区域分布,以及动土压力的变化规律。表明加速度放大系数为1.5~2.0;0.1~0.25g峰值加速度地震作用下饱和砂土均产生动孔隙水压力累计发展;0.3g峰值加速度地震作用下饱和砂土产生液化,抑制了土与地下结构的振动放大效应,地表面大量冒水,结构模型出现了明显上浮,地下结构两侧产生震陷。     

岩溶场地地表地震动特性研究

对典型岩溶场地进行土层地震反应分析,并与非岩溶场地土层的地震反应进行对比,研究岩溶场地地表地震动的基本特性,为岩溶区工程场地地震动参数的确定提供参考。实例研究表明:与非岩溶场地的土层地震反应相比,岩溶场地土层对地震波的放大效应较强,地表地震动的频率偏高;当岩溶场地中发育有土洞时,地表地震动加速度峰值比不含土洞的岩溶场地要大。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

土的动剪切模量非线性特性对地震动的影响研究

通过一维等效线性化方法研究土的动剪切模量非线性特性对土层地震反应的影响,主要分析动剪切模量比与剪应变关系曲线以及最大动剪切模量对反应谱特征周期和地表加速度峰值的影响。结果表明,对于小震和中震,土的动剪切模量比和最大动剪切模量对反应谱特征周期略有影响,对地表加速度峰值影响并不明显;但对于大震,对反应谱特征周期和地表加速度峰值影响较大,随着动剪切模量比和最大动剪切模量的增大,反应谱特征周期减小,地表加速度峰值增大,土层越厚其影响越大。二者对比结果表明,强震下土的动剪切模量比与剪应变关系曲线对地震动的影响程度要比最大动剪切模量对地震动的影响大得多,说明强震下土的动剪切模量比与剪应变关系曲线对土层地震反应会产生更显著影响。     

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。     

横向非一致激励下土层地震响应的振动台模型试验研究

针对自由场土体的非线性地震响应问题,采用悬挂式连续体模型箱,开展了横向一致激励和非一致激励下砂土自由场土体的振动台试验。通过试验,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律,包括场地土体的动力特性、加速度地震响应、剪应力-剪应变以及土体的沉降。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;与一致激励相比,非一致激励下土体运动的不一致性引起了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体的加速度峰值和频谱峰值均有降低,土体的非线性发展相对较快。土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况,所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。     

土体弱化等级及其与地震动关联性初探

本文采用统一观点,以地震下土体剪应变衰减为出发点,对土体弱化程度进行整体等级划分,采用简化理论模型,初步研究了土体不同弱化程度与地震动特征相对变化的关系。研究表明,土体的弱化程度可划分为低弱化、中等弱化、强弱化和流动破坏(液化)四个等级,土体低弱化和中等弱化状态下地表加速度的高频成分占优,而土体在强弱化和液化状态下地表加速度长周期成分显著占优;与未弱化相比,低弱化PGA变化很小,中等和强弱化的PGA增大,且强弱化下增大显著,而液化下PGA变化则不定;与未弱化相比,土层弱化下低频放大和高频滤波作用同时存在,但二者比例关系则依土体弱化程度和输入波而定;中等弱化下低频放大和高频滤波效应大略相同,强弱化低频放大作用大于高频滤波作用,而液化下对低频丰富输入波低频放大则十分显著;相对未弱化,土体弱化对高频滤波和低频放大比例关系的影响与对PGA放大效应的影响趋势一致。     

渤海海域软土层土对地震动参数的影响研究

渤海海域软土层土对场地设计地震动参数取值具有显著影响。选取渤海中部钻孔剖面作为计算场地模型基础,分别构建软土和硬土场地模型,并通过改变软土层厚度,构造新的场地模型。采用等效线性化方法（EL法）和非线性计算方法（NL法）分别对场地模型进行地震反应分析,分析了海底软土层土对地震动参数的影响。研究结果表明:海底软土层土对地震动峰值加速度的影响显著,随着地震动输入增加,软土层放大效应减弱,减震作用逐渐增强;EL法中,软土层土对基岩反应谱的高频部分具有明显滤波作用,而NL法中,滤波作用较弱,海底面反应谱随地震动输入的增大先放大后减小;软土层土会降低设计地震动地震最大影响系数,增大特征周期。对于海域工程,特别是深基础工程抗震设计地震动参数的确定,从保守角度考虑,建立场地模型时建议删除软土层。     

不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

基于FLAC3D数值模拟方法,建立不同类型的黄土场地计算模型,研究地震动强度和频率对不同类型黄土场地的动力响应特征和变形规律,分析不同类型黄土场地地震动响应的差异性,揭示不同类型黄土场地诱发的地震灾害,结合理论分析验证数值模拟结果的可靠性。研究表明:黄土-泥岩接触型二元结构斜坡极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右,是一元结构黄土斜坡相同部位加速度放大系数的1.5倍左右; 黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏; 低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右; 黄土斜坡场地易诱发大面积的滑坡灾害,黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下易诱发局部震陷灾害。     

季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析

为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能，基于热-动力理论控制方程，应用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型，对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明：无论是夏季还是冬季，加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加，在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，同一地震烈度地震波激震时，夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大，表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。     

Centrifuge modeling of seismic response of layered soft clay

Centrifuge modeling is a valuable tool used to study the response of geotechnical structures to infrequent or extreme events such as earthquakes. A series of centrifuge model tests was conducted at 80g using an electro-hydraulic earthquake simulator mounted on the C-CORE geotechnical centrifuge to study the dynamic response of soft soils and seismic soil–structure interaction (SSI). The acceleration records at different locations within the soil bed and at its surface along with the settlement records at the surface were used to analyze the soft soil seismic response. In addition, the records of acceleration at the surface of a foundation model partially embedded in the soil were used to investigate the seismic SSI. Centrifuge data was used to evaluate the variation of shear modulus and damping ratio with shear strain amplitude and confining pressure, and to assess their effects on site response. Site response analysis using the measured shear wave velocity, estimated modulus reduction and damping ratio as input parameters produced good agreement with the measured site response. A spectral analysis of the results showed that the stiffness of the soil deposits had a significant effect on the characteristics of the input motions and the overall behavior of the structure. The peak surface acceleration measured in the centrifuge was significantly amplified, especially for low amplitude base acceleration. The amplification of the earthquake shaking as well as the frequency of the response spectra decreased with increasing earthquake intensity. The results clearly demonstrate that the layering system has to be considered, and not just the average shear wave velocity, when evaluating the local site effects.     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

地震波对干砂场地土层加速度放大系数影响分析

为研究土体加速度在向上传递时,不同地震动对其峰值的影响,设计制作了干砂场地离心振动台试验,通过对比得出加速度放大系数沿深度变化的规律.结果表明:地震动加速度幅值越大, 其沿深度变化的放大系数越小;在波的幅值增大时,其放大系数存在一定的衰减率,且衰减率随着幅值的增大而减小;在相同幅值不同频谱特性地震动作用下,等幅正弦波的加速度放大系数最大, LEAP波其次,El-Centro波最小.土体加速度放大系数及其衰减率的分析有助于研究场地的动力响应变化规律,对抗震设计具有一定参考价值.     

A centrifuge study of the influence of site response,relative stiffness,and kinematic constraints on the seismic performance of buried reservoir structures

The seismic performance of underground reservoir structures depends on the properties of the structure, soil, and ground motion as well as the kinematic constraints imposed on the structure. A series of four centrifuge experiments were performed to evaluate the influence of site response, structural stiffness, base fixity, and excitation frequency on the performance of relatively stiff reservoir structures buried in dry, medium-dense sand. The magnitude of seismic thrust increased and the distribution of seismic earth pressures changed from approximately triangular to parabolic with increasing structural stiffness. Heavier and stiffer structures also experienced increased rocking and reduced flexural deflection. Fixing the base of the structure amplified the magnitude of acceleration, seismic earth pressure, and bending strain compared to tests where the structure was free to translate laterally, settle, or rotate atop a soil layer. The frequency content of transient tilt, acceleration, dynamic thrust, and bending strain measured on the structure was strongly influenced by that of the base motion and site response, but was unaffected by the fundamental frequency of the buried structure (f_structure). None of the available simplified procedures could capture the distribution and magnitude of seismic earth pressures experienced by this class of underground structures. The insight from this experimental study is aimed to help validate analytical and numerical methods used in the seismic design of reservoir structures.