土体随机地震反应及永久变形分析29页PPT
《地基土的变形》课件
在基础设计时，应充分考虑地基土的不均匀性，采取相应措施，如 调整基础底面形状、设置沉降缝等，以减小不均匀沉降。
地基处理技术
土壤加固
通过注浆、搅拌桩、旋喷桩等土 壤加固技术，提高地基土的承载 能力和稳定性，减小地基土变形
。
换填垫层
将软弱土层挖除，换填为承载能力 较高的材料，如砂石、碎石等，以 提高地基土的承载能力和减小变形 。
生影响。
地基土变形的危害
建筑物破坏
地基土变形过大可能导 致建筑物开裂、倾斜甚
至倒塌。
管道破裂
地基土变形可能对地下 管道造成挤压或错位，
导致管道破裂。
地面塌陷
地基土变形严重时可能 引发地面塌陷，对人员
和财产造成威胁。
影响生产和生活
地基土变形可能导致设 备损坏、生产中断，影 响人们的正常生活和工
作。
02
04
地基土变形的工程实例
某高层建筑的地基土变形案例
总结词
高层建筑由于自重和附加荷载，可能导致地基土的变形和沉降。
详细描述
某高层建筑在建设过程中，由于施工方法不当，导致地基土承载能力不足，出 现较大沉降和变形。为解决这一问题，采取了桩基加固、注浆等措施，确保建 筑安全。
某高速公路的地基土变形案例
弹塑性模型
考虑土的弹塑性特性，通 过本构方程描述应力应变 关系。
粘弹塑性模型
同时考虑土的粘性和弹塑 性，更准确地模拟复杂应 力状态下的变形。
地基土变形的数值模拟方法
有限元法
将连续的土体离散为有限个单元，通过求解每个单元 的平衡方程来模拟整体变形。
有限差分法
将土体划分为网格，通过求解差分方程来模拟变形。
详细描述
第四章土的变形性质及地基沉降计算PPT课件
0
Pa Pk Pf
压力
P
S
Pf 破坏荷载 A
Pk极限荷载
Pl 比例极限
D
S 沉降量
13
二、试验结果处理
弹性地基沉降公式（OA段）
均布荷载P下：
S (1v2)PB
E
圆形压板 方形压板
E0
1v2
4S
pB
1v2
E0 2 S pB
E0
B为压板直径 B为压板短边宽度
14
§ 4.4 地基沉降(settlement)计算
欠固结土 OCR<1 超固结土 OCR>1
eCClgp0
p p0
p0
e C clg p 0p 0 p C clg p p 0 c C clg p 0p c p
eCClgp0p cpCSlgp p0 c
10
§4.3 试验方法测定土的变形模量 （modulus of deformation）
1. 基本原理
• 基本假设
（1）基础中心处的沉降代表基础的沉降。
（2）中心土柱完全侧限，其压缩量为沉降。
ΔS1
• 沉降计算
ΔS2
hc
n
ΔS3
S dS dS Si
ΔS4
0
0
i1
• 计算深度
z
dS
（1）桥规： qzi 5z
建规： Sz Shc /40
（2）至不可压缩的土（岩）层。
ΔS8
17
2. 计算步骤
p1
p
标准压缩系数a1-2
0.1
0.5
低压缩性 中压缩性
高压缩性
a12 /MPa1
6
说明： （1）在整个曲线上av不是常数，也就是说av与压力大 小有关。 （2）av是衡量土压缩性的一个重要指标，av大表示土 的压缩性大，av小表示土的压缩性小（即压缩曲线的 平缓程度）。 （3）根据试验所得压缩曲线，可以推求在一定压力作 用下，土样的下沉量。
《土力学地基变形》PPT课件
绝对刚性根底沉降量计算
绝对刚性根底的抗弯刚度无穷大，受弯矩作用不会发生挠曲变 形。因此，根底受力下沉后，原来为平面的基底仍保持为平面。
（1）中心荷载作用下
sr
12 E0
bp0
（2）偏心荷载作用下
r与m接近
刚性基础在偏心荷载作用下，基础要产生沉降和倾斜，其中 心点的沉降量仍按上式计算，基础倾斜可按下述弹性力学公式求 得。
历系数 s 〔按表6－4确定〕 ，那么：
ssssi n 1E p s 0i izii 1 zi 1
基底压力线性分布 弹性附加应力计算 单向压缩 只计主固结沉降 原状土现场取样的扰动 参数为常数 按中点下附加应力计算
会导致S的计算误差，如：
①取中点下附加应力值，使S偏大 ②侧限压缩使计算值偏小 ③地基不均匀性导致的误差等
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《土力学地基变形》PPT 课件
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第六章：地基变形
§6.1 概述 §6.2 地基变形的弹性力学公式 §6.3 根底最终沉降量 §6.4 地基变形与时间关系
分层标准：
不同土层界面和地下
d
水面，分层上薄下厚，
厚度取0.4b或1~2m。Zi-1
压缩层下限确实定： zi
z/c0.2 一般粘土；
d
c(i-1)
p1i
ci
z/c0.1 高压缩土。
c
地面
p
p0
基底
z(i-1)
pi
土动力学第3讲 第八章 土体的地震反应
第八章土体的地震反应变形与稳定分析、1976年唐山大地震，造成了大量建筑物的破坏。
土工抗震学是以研究土工建筑物抗震性能为内容的地震工程学科的一个重要分支.土工抗震学的一个主要内容是土工建筑物的地震反应、变形与稳定分析，通过这些分析，将有助于正确评价土工建筑物的抗震性能，为土工建筑物的抗震设计及安全使用提供正确指导。
本章将讨论土工建筑物地震反应、变形与稳定分析方法。
在介绍理论分析方法之前，还需对地震震级、烈度与基岩运动特征有一些初步的了解。
8.1地震的震级、烈度与基岩运动特征我国位于世界两大地震带:: 环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育8.1.1震级8.1.1 震级•震级表示地震本身的大小，用地震发生时的弹性波幅值来衡量。
目前使用的震级是Richter提出的。
•地震释放出巨大的能量，为了给震级以明确的含义，需建立起震级M与释放能量正之间的换算关系，常见的有Gutenberg和Richter(1956)提出的经验公式：lgE=4.8+1.5M•E是地震所释放的能量，以J为单位8.2 烈度•烈度是指某一地区和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
•对于一次地震，震级只有一个，而在各地所造成的影响是不同的，越靠近震中，震动越强烈，影响越大，即烈度越高。
•基本烈度是指一个地区在今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度，即现行《中国地震烈度区划图》(1990)规定的地震烈度。
标示的地震烈度值是指在50年期限内一般场地条件下可能遭受超过概率为10％的烈度值。
•场地烈度是指建筑物场地因地质、地貌、地形和水文地质条件等的不同而引起的地震基本烈度的降低或提高的烈度，一般比基本烈度提高或降低半度至一度。
•设计烈度是指根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及国民经济的条件，对不同建筑物将建筑场地烈度按国家标准权限审定加以调整后的抗震设防烈度。
烈度表•世界上的烈度表有数十种，目前普遍采用的是划分为12度的烈度表，少数采用划分为10度的(欧洲一些国家)和8度的(日本)。
《地震反应谱》课件
新材料与新结构
随着新型材料和结构的出现，研究其在地震作用下的反应 特性，对于完善地震反应谱理论具有重要意义。
多维地震动输入
目前地震反应谱主要考虑水平地震动输入，未来研究可以 扩展到多维地震动输入，包括竖向和扭转分量，以更全面 地评估结构的抗震性能。
跨学科合作
加强地震工程学与其他相关学科（如物理学、数学、生物 学等）的合作，从多角度深入研究地震反应谱的内在机制 和影响因素。
人工智能技术
人工智能技术在数据处理、模式识别 等方面具有优势，未来可以应用于地 震反应谱的计算和分析中，提高计算 效率和准确性。
复杂结构体系的研究
高层建筑
随着城市化进程的加速，高层建 筑的数量不断增加，对高层建筑 的地震反应谱研究将更加深入。
地下结构
地下结构如地铁、隧道等在地震 作用下的反应与地面结构有所不 同，未来将加强这方面的研究。
详细描述
在结构抗震设计中，地震反应谱用于描述结 构在地震作用下的反应特性，包括加速度、 位移、速度和加速度谱等。这些数据可以帮 助工程师评估结构的抗震性能，并优化结构 的设计，提高其抵抗地震的能力。
结构健康监测
总结词
结构健康监测是另一个地震反应谱的重要应 用领域，通过实时监测结构的反应谱数据， 可以及时发现结构的损伤和异常，保障结构 的安全。
地震反应谱的重要性
总结词
地震反应谱是抗震设计的基础，有助于确定结构在地震作用下的响应和破坏程度。
详细描述
地震反应谱在抗震设计中扮演着至关重要的角色。通过分析地震反应谱，工程师可以了解结构在不同频率的地震 作用下的响应特性，从而有针对性地进行结构设计和优化。这对于确保结构在地震发生时能够保持稳定，避免或 减少破坏具有重要意义。
地震ppt
地震ppt1. 地震简介地震是地球上的一种自然现象，是由于地壳内部的应力积累超过了其承受能力而引起的地表震动。
它是地球的一种重要力学现象，不仅对地质学、地球物理学、地理学等学科有重要影响，还直接影响着人类的生活和安全。
2. 地震的发生原因地震的发生原因主要归结为板块运动引起的地壳变形。
地球的外部是由若干个大型板块构成的，这些板块不断地以相对缓慢的速度进行运动。
当地球板块相互碰撞、相对移动或发生剪切时，会导致地壳内部的应力不断积累。
当这种应力达到一定程度时，地壳就会发生断裂，造成地震。
3. 地震的分类根据地震震源的深度分类，地震可分为浅源地震、中源地震和深源地震。
•浅源地震：震源深度在0-70千米的地震称为浅源地震。
这种地震的破坏力较大，主要影响地表和浅层建筑物。
•中源地震：震源深度在70-300千米的地震称为中源地震。
这种地震的震感面积较大，破坏力较强，但对于地表的影响较浅源地震要小。
•深源地震：震源深度超过300千米的地震称为深源地震。
这种地震的震感面积较大，但对地表破坏力较小。
4. 地震的危害地震对人类社会和自然环境都带来了严重的危害。
主要危害包括：•人员伤亡和生命安全的威胁：地震会引发建筑物的倒塌、山体滑坡、地面裂缝等，造成人员伤亡和生命安全的严重威胁。
•经济损失：地震引发的破坏会导致巨大的经济损失，包括房屋倒塌、道路中断、基础设施损毁等。
•环境破坏：地震可能导致水库溃坝、地质灾害、海啸等，并对环境造成永久性损害。
5.地震的预防和应对为了降低地震灾害带来的损失，人们需要采取一系列的预防和应对措施：•加强地震研究和监测：通过地震仪器的安装和地震数据的收集，可以提前发现地震的迹象，加强对地震发生的监测和预报能力。
•建设抗震设施：在建设建筑物和基础设施时，采用抗震设计和抗震建设技术，以提高建筑物和桥梁等的抗震能力。
•加强应急救援能力：组织和培训专业的救援队伍，提供快速、有效的救援和医疗救助。
•加强宣传和防震教育：通过媒体和教育机构，向公众普及地震知识，提高公众的自救互救意识和应对能力。
土体随机地震反应及永久变形分析
幅值的简谐运动，即：
u y (t ) Suy ( j ) exp( it )
令动力响应为
yi (t ) Ai exp(it )
i Suy ( j )
并代入运动方程可求得
Ai
2 i2 i 2i i j j
将幅值A自乘一次即得到正则位移的功率谱密度 Gyg ( )
今井清平稳高斯过滤白噪声随机过程模型
1 42 ( g S ( )
2 2 [1 ( ) ] 42 ( ) g g g
2 ) g
S0
g, g 分别为土层过滤器的圆频率和阻尼比,由地震烈度和场地 条件确定, S 为白噪声功率谱强度,与峰值地震加速度 am 有关
根据剪应变峰值分布可以推求剪应变峰值概率密度函数为：
p p p p 1 2 P( p ) exp[ ] [1 erf ( )]exp( ) 2 2 2 2 2 (1 2 ) 2 2 2 2 2 2
2 2
该分布受带宽参数控制，当1 时，p(p)退化为瑞利分布：
S0
p 为峰值因子.
2 42 am g
2 g (1 42 ) p g
随机地震反应分析（续）
（2）在计算开始时对土体各单元假定一组适当的剪切模量和阻 尼比G0, 0 ，形成具有n个自由度线性系统运动方程式：
[M ] [C] [K ] [M ] g (t )
（4）对随机地震激励下的方程，引进林家浩的单自由度随机 地震反应虚拟激励法在频域内求解。
) 基岩运动的功率谱密度 Sug (可以看成是由无穷多个不同频率的虚拟简谐 振动组成，且每个简谐振动（圆频率为j）的振幅平方与ug ( j ) 成正比，因 S 此将输入地震谱在频域上进行离散，形成一系列离散点j处的离散 S ug ( ) Sug ( ) 值 ， ，对第j个离散点，假定输入量是以jj为频率， 为
《地面变形灾害》ppt课件
地面沉降的防治和治理
一、外表治理措施
对已产生地面沉降的地域，耍根据其灾祸规模和严重程 度采取地而按治及改善环境，其方法主要有：
(1)在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤，防洪堤，防止 海水倒灌，淹没低洼地域．
(2)改造低洼地形，人工填土加高地面． (3)改建城市给、排水系统和输油，气管线，憨修因沉降
②停顿开采引起沉降量较大的含水层而改 为利用深部可紧缩性较小的含水层或基岩 裂隙水：
③根据预测方案限制地下水的开采量或停 顿开采地下水。
控制地下水开采和地下水人工回灌
从1966年起，上海开场限采地下水，向地层回 灌自来水，“冬灌夏用〞、“夏灌冬用〞，以地 下含水层储能及开采深部含水层等众多措施把上 海地面沉降稳住，1966年至1971年还出现了回 弹3毫米。上海市过去地下水取水点多如牛毛， 如今曾经紧缩到800个左右。地下水年开采量从 过去的2亿立方米，下降至2002 年的9635 万立 方米。
水文地质等。
〔4〕地裂痕的防治和监测
a.防治 控制人为要素的诱发作用，建筑物避让
地裂痕。地基的处置〔加固、断层置换 法、部分浸水法〕 b.监测 预测、预告地裂痕开展方向、速度位移 量及能够的危害范围。与地面沉降监测 方法一样。
多层紧缩监测井
地面塌陷及其研讨
1、地面塌陷的成因 2、地面塌陷的危害 3、地面塌陷的研讨
主要危害
(1).沿海地域沉降使地面低于海面，受海水侵袭；
(2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失 或降低了港湾设备的才干;
(3)桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通.
(4)在一些地面沉降剧烈的地域，伴随地面垂直沉 陷而发生的较大程度位移，往往会对许多地面和地下 构筑物呵斥宏大危害;
土体随机地震反应及永久变形分析
土体随机地震反应及永久变形分析首先，土体随机地震反应分析是指在地震作用下土体的振动特性研究。
地震是一种随机振动，具有广义的频率谱特性，因此需要采用随机振动理论进行分析。
在土体随机地震反应分析中，常用的方法有时程分析和频率响应分析。
时程分析是通过模拟地震波对土体进行具体时程的振动分析，得到土体的动态响应。
频率响应分析是通过对地震波的频谱进行分析，得到土体的频率响应特性。
这两种方法可以相互验证，是土体地震反应分析中常用的方法。
在进行土体随机地震反应分析时，需要确定土体的地震波输入。
地震波输入包括地震波的振动频谱、持时、峰值加速度等参数。
这些参数可以通过对地震历史数据的分析、地震发生区域的地形地貌和地震活动性质的研究来获取。
同时，还需要确定土体的力学参数和边界条件，包括土体的动力弹性模量、松散度、粘聚力等参数，以及土体与结构物之间的耦合条件等。
土体随机地震反应分析的结果主要包括土体的加速度响应、速度响应和位移响应等。
这些结果可以用来评估土体的抗震性能和结构物的地震响应。
通过对土体不同位置的响应进行比较分析，可以确定土体的强度分布和变形特性，为土体的抗震设计提供参考依据。
与土体随机地震反应分析相对应的是土体永久变形分析。
随着地震的作用，土体会发生永久变形，这是由于土体的压缩和剪切变形引起的。
土体永久变形分析需要考虑土体的非线性特性，常用的方法有塑性模型和黏弹性模型。
塑性模型是通过设定土体的塑性特性来模拟土体的非线性变形。
黏弹性模型是通过引入黏滞阻尼来模拟土体的非线性变形。
这些模型可以通过试验和已有数据进行参数的确定。
土体永久变形分析的结果主要包括土体的聚集变形、松散变形和剪切带等。
这些结果可以用来评估土体的稳定性和抗震性能。
通过对土体不同位置的变形进行比较分析，可以确定土体的承载能力和应力分布，为土体的承载能力评估和结构物的抗震设计提供参考依据。
综上所述，土体随机地震反应及永久变形分析是地震工程中的重要内容。
土石坝地震永久变形分析
土石坝地震永久变形分析土石坝地震永久变形分析有三类方法。
一是以纽马克（，1965）提出的刚体滑动面假设和屈服加速度概念为基础，建立的滑块位移计算法。
二是以舍夫（）和西特（）等提出的应变势概念为基础建立的整体变形计算方法。
三是利用弹塑性模型直接求出塑性变形，即所谓的真非线性分析方法。
真非线性分析不论在计算方法还是弹塑性模型建立及参数的确定方面目前尚不成熟。
因此，目前应用较多的仍然是一、二类方法。
其中第二类方法中，若须同时计入残余剪应变和体应变，由于目前测定残余体应变只能是在坝料浸水饱和时进行，用此参数进行计算实际上意味坝料是全部浸水饱和情况，这和坝体的实际运用情况并不完全符合。
1 Newmark滑块分析法1965年，美国学者Newmark基于极限平衡理论，提出了一个用于评价土石坝地震永久滑动变形的分析方法【1】。
其基本出发点是：当滑动面以上土体的加速度超过材料的屈服加速度时，沿滑动面就会发生滑动。
假设滑动变形是由于滑动体沿着最危险滑动面在地震作用下发生瞬态失稳时滑动的位移累积产生的。
2.5.1.1 Newmark方法基本步骤（1）屈服加速度，假定滑动体稳定安全系数Fs=1.0，采用擬静力法结合各种常用的极限平衡分析法求解滑动体的屈服加速度。
（2）时程有效加速度，土石坝中预期滑动体上在地震时程中的平均加速度反应称为有效加速度。
计算时，先对坝体进行动力反应分析，然后求出滑动体上总的水平力，除以滑动体质量，得到时程有效平均加速度。
（3）永久滑动位移，对某一预期滑动土体，当地震引起的有效加速度超过其屈服加速度时，就认为有滑动位移产生，其大小由加速度差值的两次积分求得到。
许多学者在Newmark方法的基础上进行了改进。
Frankin和Chang按照Newmark刚塑滑块原理，利用数条实测地震加速度纪录和人工加速度时程曲线，进行了土石坝坝坡地震滑动位移计算，补充了Newmark在1965年报告中的数据，绘出了不同情况下标准化最大滑动永久位移和最大抗滑地震系数以及最大地震加速度系数之比之间的关系上包线。