多年冻土场地路基地震动位移性状研究

直接针对目前多年冻土场地道路工程抗震问题研究尚很薄弱这一事实，以在建的青藏铁路工程的抗震设计与地震加固为应用背景，基于若干种较为典型的多年冻土场地路基工况，开展多年冻土场地路基地震动位移性状的研究工作。研究表明，与不同的场地地形条件相比，场地冻土层厚度对路基地震位移响应的影响更加突出，尤其是含冻土融层路基的地震动位移值较不含冻土融层路基的地震动位移值大，因而冻土融层的存在无疑加剧了多年冻土场地路基的震害响应。     

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。     

相关多点地震动合成HOP方法的分析与改进

解释了相关多点地震动合成的HOP方法具有局部场地收敛性,分析了其生成各点地震动幅值相差较大的原因。除第一点外,HOP方法生成的各点地震动自功率谱围绕真实值波动,导致某些频率的能量过大而某些频率变小。由于结构频谱的离散性,如果恰好与能量大的频率吻合,则会激发结构强烈的振动响应,反之结构的响应值偏小,这与实际不符;进行非线性响应计算时或因为某些频率能量过大而使结构进入非线性阶段,则响应的期望值也是错误的。通过对实际地震波传播机制的模拟,提出了改进的HOP的方法。算例表明,此方法具有局部场地收敛性,各点自功率谱吻合给定的目标值,进而保证了各点幅值的一致性,可以用于结构抗震非线性响应分析。     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

新型随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时，要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。     

基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性，在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析，通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明，地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响，地震动峰值加速度越大，震陷量显著增大，震陷影响深度更大，对水平地表造成的破坏范围也更大；地震动频谱特性对软土震陷有重要影响，当地震动卓越频率与场地自振频率相近时，其幅值越大，产生的震陷越严重；水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

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。     

辽宁地区Lg波衰减及场地响应特征

准确的衰减特征及台站响应对于定量确定地震台网观测环境和分析其构造机制具有重要意义。选取2008—2017年辽宁数字地震台网地震波形资料,利用Lg波谱比与台站场地响应联合反演方法,获得了1～7 Hz Lg波三分向(UD,NS,EW)衰减关系,参与评估的32个台站的场地响应幅值曲线较为平滑,各频段衰减效应存在差异。大多数台站的场地效应幅值在1～8,少数台在低频或高频段上呈现放大效应,最大的幅值近16。结果表明:辽宁地区为低Q0(对应频率1 Hz)和低频率依赖性的构造活跃区,场地响应特征与浅层结构及地质构造有密切关系。不同场地类型的场地响应特征差异明显:井下场地类型的场地响应在低频段内(1～2 Hz)有明显的放大效应;地表较山洞场地类型的场地响应幅值在径向和垂向上都有抬升;相同场地类型中,场地响应放大效应在径向上比垂向上大的多,可能与台基岩性特征有关,而岩性差异对场地响应特征的影响不明显。     

龙头山集镇局部场地地震动效应分析

依据龙头山集镇6个典型场地上的钻探资料及土体的动力非线性特性试验数据,分别建立了相应场地的地震反应分析模型。以幅值折半的龙头山镇强震动台站（053LLT）东西向主震加速度记录作为入射地震动,采用一维土层地震反应分析等效线性化方法计算了场地地震反应,讨论了近地表覆盖土层结构对地震动加速度峰值及反应谱的影响,并对场地效应与震害的关系进行了分析。      

评估地震场地响应中土体的非线性行为：KiK-net台网强震数据的统计分析

通过日本KiK-net台网数据库的各种地震记录,研究了土体的非线性行为对场地响应的影响。这个台网由不少于688个地表—井下仪器构成,从这个台网还获得了直到井孔深度的剪切波和压缩波速度剖面的特征。为了通过计算每个场地的地表与井下频谱比来表征土体的线性行为,我们挑选了井下台站地震动峰值加速度（PGA）〈10cm/s2的事件。使用强震动事件（PGA〉50cm/s2）计算的场地响应曲线相对线性表征的变化被认为是由非线性土体行为造成的。为了描述每个事件土体非线性行为对场地响应的影响,我们提出了场地响应曲线相对线性估计的变化（放大或衰减）百分比（PNL ev,非线性百分比）和有关的位移频率（Sh ev）。这些参数被用于估计非线性场地响应显著区别于相应线性场地响应的概率。我们发现,不管何种场地,这个概率即使对低输入地震动峰值加速度（井下传感器的值不小于30cm/s2）也是重要的。这表明,在中强地震动场地响应评估中必须考虑非线性土体行为。此外,对记录了至少两个强震事件（井下PGA〉50cm/s2）的KiK-net台网数据库的54个场地,我们定义了每个场地的表征土体非线性行为对场地响应影响的另外4个参数：（1）地震动峰值加速度阈值（PGA th）,定义为PNL ev高于10%的地震动峰值加速度值;（2）地震动峰值加速度为50cm/s2的特定场地的PNL（PNL site）;（3）地震动峰值加速度为50cm/s2的卓越频率的特定场地移位（Sh site）;（4）在非线性和线性场地响应之间观测到衰减的频率（fNL）。我们观察到在fNL之下的频率,非线性土体行为可增强放大作用。我们发现fNL介于场地响应基频率和卓越共振频率之间,近地表具有V S反差的场地触发低地震动峰值加速度输入阈值的非线性行为。这些结果表明,非线性行为多发生在地表土层中。此外,通过研究地表的地     

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。     

地温对冻土动力特性及其场地地震动参数的影响

地温是影响冻土力学性质的重要参数之一。本文基于对2001年11月14日昆仑山口西8．1级大震在多年冻土区所造成的地表变形与地震破坏特征的定量调查结果，通过冻土的振动三轴实验，研究了地温对冻土动本构关系、动弹性模量、阻尼比、动强度等动力特性参数的定量影响规律；进而利用青藏铁路沿线4个冻土剖面和该区50年超越概率分别为63％、10％和2％的场地基岩地震动时程，分析计算了不同地温下冻土场地地震动参数的特征，研究了地温对冻土地面地震位移、速度、加速度和反应谱等的定量影响，为冻土区工程地基、路基以及地下工程震害防御提供了科学依据。     

The Influence of Earth Temperature on the Dynamic Characteristics of Frozen Soil and the Parameters of Ground Motion on Sites of Permafrost

Earth temperature is one of the most important factors influencing the mechanical properties of frozen soil. Based on the field investigation of the characteristics of ground deformation and ground failure caused by the Ms8.1 earthquake in the west of the Kuniun Mountain Pass,China, the influence of temperature on the dynamic constitutive relationship, dynamic elastic modulus, damping ratio and dynamic strength of frozen soil was quantitatively studied by means of the dynamic triaxial test. Moreover, the characteristics of ground motion on a permafrost site under different temperatures were analyzed for the four profiles of permafrost along the Qinghai-Xizang (Tibet) Railway using the time histories of ground motionacceleration with 3 exceedance probabilities of the Kunlun Mountains area. The influences of temperature on the seismic displacement, velocity, acceleration and response spectrum on permafrost ground were studied quantitatively. A scientific basis was presented for earthquake disaster mitigation for engineering foundations, highways and underground engineering in permafrost areas.     

The Frozen Soils and Devastating Characteristics of West Kunlun Mountains Pass Ms 8.1 Earthquake Area in 2001

The investigation on damages to frozen soil sites during the West Kunlun Mountains Pass earthquake with Ms 8.1 in 2001 shows that the frozen soil in the seismic area is composed mainly of moraine, alluvial deposit, diluvial deposit and lacustrine deposit with the depth varying greatly along the earthquake rupture zone. The deformation and rupture of frozen soil sites are mainly in the form of coseismic fracture zones caused by tectonic motion and fissures,liquefaction, seismic subsidence and collapse resulting from ground motion. The earthquake fracture zones on the surface are main brittle deformations, which, under the effect of sinlstral strike-slip movement, are represented by shear fissures, tensional cracks and compressive bulges. The distribution and configuration patterns of deformation and rupture such as fissures, liquefaction, seismic subsidence and landslides are all related to the ambient rock and soil conditions of the earthquake area. The distribution of earthquake damage is characterized by large-scale rupture zones, rapid intensity attenuation along the Qinghai-Xizang (Tibet) Highway, where buildings distribute and predominant effect of rock and soil conditions.     

硬场地实测记录下几种土层地震反应分析程序可靠性对比

以日本KiK-net强震观测台网中硬场地井下记录为样本，对传统等效线性化方法LSSRLI-1（频域）、SHAKE2000，时域非线性方法DEEPSOIL和频域一致等效线性化方法SOILQUAKE等几种计算程序在硬土场地地震反应分析中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05g的水平硬场地的总计344台次的加速度记录，涉及5个台站，土层厚度6~50m，地表峰值加速度范围0.050~0.805g。结果表明:认为硬土场地以往计算方法能够体现土层放大的认识是片面的，在中强地震动情况下，现有流行方法计算出的地表响应会偏小，强地震动下会严重偏小，会给工程抗震设计提供偏于危险的输入；硬场地中烈度8度以下（地表PGA在0.19g以下），SHAKE2000和DEEPSOIL、LSSRLI-1（频域）计算结果与实际记录差距可以接受，但烈度8度以上，计算出地表响应均较实际记录明显偏小，且随地震动强度增加差距急剧增大；硬场地中，无论何种烈度，SOILQUAKE16计算的地表加速度响应与实测相当，可体现出土层放大作用。     

Numerical analyses of pile performance in laterally spreading frozen ground crust overlying liquefiable soils

Lateral spread of frozen ground crust over liquefied soil has caused extensive bridge foundation damage in the past winter earthquakes. A shake table experiment was conducted to investigate the performance of a model pile in this scenario and revealed unique pile failure mechanisms. The modelling results provided valuable data for validating numerical models. This paper presents analyses and results of this experiment using two numerical modeling approaches: solid-fluid coupled finite element (FE) modeling and the beam-on-nonlinear-Winkler-foundation (BNWF) method. A FE model was constructed based on the experiment configuration and subjected to earthquake loading. Soil and pile response results were presented and compared with experimental results to validate this model. The BNWF method was used to predict the pile response and failure mechanism. A p-y curve was presented for modelling the frozen ground crust with the free-field displacement from the experiment as loading. Pile responses were presented and compared with those of the experiment and FE model. It was concluded that the coupled FE model was effective in predicting formation of three plastic hinges at ground surface, ground crust-liquefiable soil interface and within the medium dense sand layer, while the BNWF method was only able to predict the latter two.     

The effect of spatially varying earthquake ground motions on the stochastic response of bridges isolated with friction pendulum systems

In this paper, a comprehensive investigation of the effect of spatially varying earthquake ground motions on the stochastic response of bridges isolated with friction pendulum systems is performed. The spatially varying earthquake ground motions are considered with incoherence, wave-passage and site-response effects. The importance of the site-response effect, which arises from the difference in the local soil conditions at different support points of the isolated bridge, is investigated particularly. Mean of maximum and variance response values obtained from the spatially varying earthquake ground motions are compared with those of the specialised cases of the ground motion model. It is shown that site-response component of the spatially varying earthquake ground motion model has important effects on the stochastic response of the isolated bridges. Therefore, to be more realistic in calculating the isolated bridge responses, the spatially varying earthquake ground motions should be incorporated in the analysis.     

土层平均剪切波速确定及其可靠性验证——基于钻井台阵强震动记录

震害资料显示，场地条件对地震动特性以及工程结构破坏程度影响显著。为减少因场地效应而造成的经济损失和社会影响，在进行场地地震反应分析时，需最大限度地减小因场地土层模型参数的不确定性引起的地震动评估偏差，为工程结构地震反应分析选取并生成适当的地震动输入。随着强震动观测技术的逐渐发展，大量可靠的钻井台阵记录为地震过程中场地观测点的动力反应提供了直接数据。以美国加州地区La Cienega钻井台阵强震动观测数据为基础，利用互相关函数，对不同强度地震作用下场地土层的平均剪切波速进行分析，并在此基础上，以Cyclic 1D为模拟平台，建立一维自由场地地震反应有限元分析模型。分析结果表明：通过钻井台阵地震动观测数据识别，得到场地平均剪切波速，能够反映该场地的动力特性，数值模拟计算结果和台阵地震动记录基本吻合，可为数值模型参数选取提供依据。