土層非線性地震反應(yīng)分析方法研究.pdf

1、土層非線性地震反應(yīng)分析方法研究是當(dāng)前巖土地震工程研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。土層地震反應(yīng)分析技術(shù)也是當(dāng)前工程場地地震安全性評價(jià)的核心技術(shù)之一。早在20世紀(jì)初人們就從舊金山大地震的震害中發(fā)現(xiàn)場地條件對地震動有一定影響，為合理估計(jì)場地條件對地表地震動的影響，人們把場地簡化為物理力學(xué)模型，提出各種土體動力本構(gòu)模型，利用解析或數(shù)值的方法對場地地震動響應(yīng)進(jìn)行求解。當(dāng)前，工程上應(yīng)用最為廣泛的土層地震反應(yīng)分析方法依然是等效線性化方法。等效線性化方法把土體非線

2、性問題轉(zhuǎn)化為線性問題近似求解土體動力反應(yīng)，它在工程應(yīng)用中存在一些不合理的情況，主要原因是沒有恰當(dāng)?shù)耐馏w動力應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；此外，歷次震害調(diào)查表明，特殊場地上烈度異常是地震中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，特別是軟弱場地上震害尤為嚴(yán)重，軟土場地震害研究也是當(dāng)前工程抗震領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)問題之一。鑒于此，本文對土層非線性地震反應(yīng)方法和汶川地震中特殊場地上烈度異常進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴指出了現(xiàn)行土層地震反應(yīng)分析方法存在的問題。現(xiàn)行土層地震反

3、應(yīng)分析方法為工程上廣泛應(yīng)用的等效線性化方法。介紹了等效線性化方法的基本原理，總結(jié)了其優(yōu)、缺點(diǎn)，簡述了其最新進(jìn)展。通過具體的算例，再現(xiàn)了等效線性化方法在實(shí)際工程應(yīng)用中存在的幾個(gè)主要問題，即個(gè)別離散點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算失效、計(jì)算軟土層時(shí)結(jié)果異常、地震動輸入較大時(shí)計(jì)算結(jié)果不合理、有些情況下出現(xiàn)死循環(huán)等。并提出現(xiàn)行土層地震反應(yīng)方法改進(jìn)的方向。
　　 ⑵構(gòu)造了指數(shù)形式土體動力本構(gòu)模型?；谥笖?shù)函數(shù)的有界性、函數(shù)曲線形狀以及構(gòu)造土體動力本構(gòu)模型的一般

4、原則，把函數(shù)在(-∞，0]區(qū)間上的圖像進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、平移、放縮，從而構(gòu)造出土體的動力本構(gòu)模型的骨架曲線。在卸載和反向加載時(shí)，采用與骨架曲線相同的函數(shù)形式，并以前一次卸載開始點(diǎn)作為起點(diǎn)，以土體的極限應(yīng)力水平作為漸近線，構(gòu)造出土體動力本構(gòu)模型的滯回曲線。在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出適用于非對稱循環(huán)荷載的指數(shù)形式土體動力本構(gòu)模型(簡稱UE模型)。UE模型具有四個(gè)特點(diǎn)：第一，適用于非對稱循環(huán)荷載；第二，記憶量小；第三，卸載再加載滯回曲線自動滿足Masing準(zhǔn)則

5、；第四，模型參數(shù)少，物理意義明確，可用常規(guī)試驗(yàn)確定。
　　 ⑶利用共振柱試驗(yàn)檢驗(yàn)了UE模型。推導(dǎo)了UE模型等效剪切模量比的表達(dá)式。利用西安閻良區(qū)地震小區(qū)劃工作中若干土樣的共振柱試驗(yàn)結(jié)果，對所提出的UE模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明UE模型能很好的擬合共振柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)利用UE模型對剪切模量的推薦值進(jìn)行了擬合，擬合結(jié)果也證明了UE模型的可靠性。
　　 ⑷檢驗(yàn)了基于UE模型的土層非線性地震反應(yīng)分析方法。根據(jù)UE模型形成了一維土

6、層非線性地震反應(yīng)分析方法，并編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序NDSoil UE-1D。利用響瞠三維臺陣的強(qiáng)震記錄對NDSoilUE-ID程序進(jìn)行了檢驗(yàn)，地表加速度反應(yīng)和譜比分析結(jié)果表明，新方法較等效線性化能更合理地反映土體非線性特性隨輸入地震動強(qiáng)度由小到大而由弱變強(qiáng)的趨勢。
　　 ⑸研究了汶川地震中特殊場地的影響。為探究汶川特大地震中漢源縣城出現(xiàn)了烈度異?，F(xiàn)象的原因，在對地震現(xiàn)場震害、附近地形地貌詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合收集到場地資料，根據(jù)