土体地震反应分析

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砂土液化场地桩基地震反应分析

与
冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＯＮＩＡＮＤＳＨＯＣＫ
砂土液化场地桩基地震反应分析
胡春林，杨小卫
（．武汉理工大学土木工程与建筑学院，１武汉４０７；上海大学上海市应用数学和力学研究所，３００２上海２０７）００２
震害现象以及液化引起地面侧向扩展对桩基的影响。黄雨，蝎厚，八张锋基于Ｂｏ两相饱和多孔介质动力ｉｔ耦合理论，用有效应力方法对液化场地桩基础的地采
震反应进行了三维有限元分析，到了桩侧附近砂土得更易于液化等结论。李培振，吕西林，宋和平。。将等效线性化方法予以改进，分析了单层砂土液化时桩基一高层建筑体系的地震反应。以往的研究做得较好的主要是进行震后调查研究得到一些定性的结论；是重或点考虑了对上部结构的影响；借助于振动台试验方或法结合一些简化模型进行振动分析。许多分析模型比较复杂，不太适合于工程设计实用。本文根据液化前后得到的砂土材料参数，用动力有限元方法来进行砂土液化前后桩一土一结构动力相互作用分析，特别是讨论了砂土液化对桩基地震反应的影响。
师研究的热点之一，别是砂土液化场地桩一土一结特构动力相互作用分析是研究的一个难点ＩＪ２。对砂土地震液化问题的系统研究，始于１６开９４年美国Ａａｋｌａｓ地震和日本Ｎｉｔ地震之后。我国在这方面的研究始ｉａａｇ于１７９５年营口一城地震。经过多年的研究，砂土海在

地下结构地震反应的主要特征及规律

地下结构地震反应的主要特征及规律摘要：地下结构的地震反应主要取决于场地土的变形这一认识是地下结构各种简化分析方法的理论基础，但现有的认识只是基于少量的实测数据分析、理论判断或定性推理，缺乏基于理论模型和数值分析的严格验证。

另外，现有的土-结构柔度比对结构地震反应的研究主要集中在土-结构柔度比对土-结构相互作用系数的影响，而土-结构柔度对结构内力影响的研究较少，缺乏系统性。

关键词：地下结构；地震反应特征；动力特性；土-结构柔度；现阶段，有关地下结构地震反应特征的一些重要的规律性认识仍然缺乏严格的理论推断或认识欠深入。

基于地下结构地震反应的二维动力有限元数值分析模型，定量分析了场地土、结构以及土-结构体系的动力特性和土-结构柔度比对地下结构地震反应的影响。

一、结构、场地、土-结构体系的动力特性当计算地下结构动力特性时，将其按普通地面建筑结构处理，即结构底部固定。

场地和体系的动力特性计算模型宽度取5倍的结构宽度，底边界固定，侧边界采用滚轴边界，结构、场地及土-结构体系动力特性的计算模型如图 1所示。

图 1地下结构、场地及土-结构体系计算简图3个车站的场地前五阶自振频率与场地-结构体系的前五阶自振频率相比差异均不大，表明结构存在对场地动力特性的影响很小，特别是对于低阶动力特性的影响更小。

二、结构与场地动力特性对地下结构地震反应影响1.计算模型。

为分别研究结构与场地动力特性对地下结构水平地震反应的影响，以地震中遭到严重破坏的某车站进行实例分析，采用图2所示的有限元分析模型，采用考虑自由场反应的振动输入方法，模型底边界固定，两侧边界采用黏弹性边界，结构与土体均采用线弹性模型。

模型宽度取85m，土层深度取39.2m，结构采用梁单元，周围土体采用四节点平面应变实体单元，网格边长为1m，单元尺寸满足计算精度要求，图2土-结构相互作用体系振动输入计算模型当对地下结构进行线性地震反应分析时，由于缺少当地土体的动力参数，采用典型的砂土和黏土的剪切模量比与剪应变幅的试验曲线，土层有效弹性模量参数按《城市轨道交通结构抗震设计规范》的要求采用一维土层等效线性化地震反应分析方法确定。

东营地区地震安全性评价中土层地震反应分析模型的改进研究

表１东营地区场地土层ＶＳ — Ｈ以合模型参数ｔ苣ａｂＣ
１５５．４２．７７３９１．０５５８．３ｌ
ｄ
０．３２３０Байду номын сангаас ４２８
图４模型改进前后的地表地震动加速度反应谱及设计谱对比
对比图４中各超越概率下的地震动加速度反应谱和设计谱可以看
系式得到。
５００ｍ／ｓ的层面。
一
一
－舟输＾．界面ｔ１
．八勇寸
一
，．麓
…
，
圈１土层地震反应分析模型
＝．效果检查以某工程场地地震安全性评价项目为例，对比土层地震反应分析模型改进前后最终计算结果的差别。根据土层地震反应分析模型改进前后的参数值，以５０年超越概率２％为例，使用改进前后的模型分别进行了地震反应分析计算，得到
出：
（１）由地震动加速度反应谱推定的设计谱基本一致，由此反映出改进后的土层地震反应分析模型对地震动加速度反应谱的标定无影响，改进后的模型切实可行。（２）改进后模型的地震动加速度反应谱曲线族波动程度比改进前模型曲线族的波动程度要小，有利于确定地震动加速度设计谱的拐点从图２中可以看出，线性函数关系模型１的拟合效果最不理想，不符及平台高度，减少了地震动加速度设计谱的归准设计难度。三．总结及展望合东营地区土层剪切波速随土层深度的变化关系；幂函数关系模型２的由实测的土层剪切波速拟合出ｖ— Ｈ变化关系式，获得１００ｍ以下的拟合效果较为理想，但在土层深度大约３０ｍ发生转折的位置以上不能在此基础上合理外推得到基岩输入界面，补充了终孔很好拟合，且现场实测数据点未能均匀分布于拟合曲线两侧，分布趋势土层剪切波速值，００ｍ至基岩输入界面的模型参数，对东营地区工程场地土层地震不太理想。线性函数、幂函数分段形式的模型３的拟合效果比较理想，可深度１对计算得出的地震动加速度反应谱进行归以比较好的反映东营地区土层剪切波速随土层深度增大而增大的变化反应分析模型进行了改进，

土石坝三维真非线性地震反应分析方法及工程应用

②如果当前动剪应力比绝对值不小于动剪应力比幅值，而且剪应力比绝对值小于屈服剪应力比，则使用骨干曲线计算切线剪切模量。
③如果当前剪应力比绝对值不小于屈服剪应力比，则使用初始加荷曲线计算剪切模量。
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法
三维真非线性地震反应分析及安全评价方法
真非线性模型
典型单元动剪应变时程曲线
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法
三维真非线性地震反应分析及安全评价方法
真非线性分析与等效线性分析的若干比较
典型结点动位移时程曲线
等效线性方法和真非线性方法得到的应变和位移地震反应有着明显的区别：等效线性分析得出的动应变和位移围绕零点振动，没有偏移，无残余变形产生；真非线性分析得出的动应变和位移在振动过程中偏离零点，产生残余变形，并且地震过程中残余变形不断积累和增长。
由于邓肯模型依据了虎克定律，而虎克定律无法反映土的剪胀性，因此，一般认为邓肯模型是无法考虑土的剪胀。不过，尽管如此，在确定模型参数时所采用的体积应变则是既包含了平均正应力所引起的体缩，同时也包含了部分由于剪切所引起的土体体积变化。这种体积变化，在模型的参数中有时会得到一定程度的反映。
邓肯模型应用广泛，参数资料较全，工程经验丰富。
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法
土石坝三维真非线性地震反应分析方法及工程应用
赵剑明
中国水利水电科学研究院
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法
摘要
土石坝三维真非线性地震反应分析与安全评价方法
计算参数的确定方法的模型试验验证方法的工程应用
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法
学术交流----中国水科院真非线性动力分析方法

3-1 结构地震反应分析-单

• 设计反应谱定义
加速度（）
设计反应谱是针对某地区某类场地
上的地震动(参考历史记录），分别计
算一些结构的反应谱，再经过对这些反应谱进行专门研究，拟合后得出的用于结构抗震设计的反应谱。
周期（）
标准化
加速度（）
• 影响设计反应谱的因素
主要影响因素：设防烈度、场地类别、阻尼比、设计地震分组。
周期（）
mω
• 单自由度体系一般地面运动强迫振动的特解为（杜哈密（Duhamel)积分。
xt 1
D
t 0
xg
(
)e
(t
)
sin
D
(t

)d
(3 - 32)
5．方程的通解
根据线性常微分方程理论：方程的通解=齐次解+特解对于受地震作用的单自由度运动体系，上式意义为：
.. 2
.
则体系将产生简谐强迫振动： X 2 x 2x Asingt
初始条件
x0 x0
x0 x0
的特解为
xt
A(g
)2
1
(g
)2

sin
gt

2
g
1

(
g

)2
2

2

(g
B为体系质点振幅，φ为体系振动与地面振动的相位差。
3、方程的特解Ⅱ—冲击强迫振动
x（g t）
x t { 地面运冲击运动时，
设地面冲击运动为： g
xg 0dt 0 dt
P { 体系质点受冲击力作用为：
mxg 0tdt 0tdt
有阻尼自由振动：系统在振动过程中，除受恢复力外，还存在阻尼力，这种阻尼力的存在不断消耗振动的能量，使振幅不断减小。

场地土随机地震反应分析及动力可靠度计算

［章编号］１０．１（０７０．２．４文０２８２２０）１０６０４０
场地土随机地震反应分析及动力可靠度计算
尚守平，李定乾，杜运兴（南大木工程学院，长４０２湖学土湖南沙１８）０
［摘要】根据随机振动理论，研究了土层随机地震反应动力分析方法，介绍了场地土在动剪模量的变化分别为线性和指数
时动力方程的求解问题，别给出了基岩输入地震加速度为白噪声和过滤白噪声时土层反应及各阶振型反应的统计参数，分从
而建立了可靠性分析的计算方法，并且对同一场地土采用两种动剪模量变化形式进行了自振频率的对比计算和动力可靠度
计算。
［关键词】场地土；随机反应；动剪模量；自振频率；可靠度
［圈分类号］Ｔ４５中Ｕ３［献标识码］Ａ文
ＲｅｐｎｅＡｎｌｓｓａｄＤｙａＧｒｕｄＳｉｓｏｓａｙｉｎｎｍｃＲｅａｉｉＣａｃａｉｎｆｒＲａｄｍｅｓｃｏｏｎｏｌｉｙ
ｌＳｏ－ｉｇ，ｉｎ－ｉｎ，ＤｕＹｎｘｎＣｖｎＪｈｕｐｎＬｇｑＤｉａｕ－ｉｇ（ｉｌｉ咖Ｃｌｇ，ＨｍｎＵｉｒｔ，Ｃａｇｈ１０２ｈａｏｅｅｔａｎｅｉｌｖｓｙｈｎｓａ４０８，Ｃ／）ｎ
ＡｂｔａｔＯｅｂｓｓｏｎｏｉｒｔｎｔｅｒ，ｔｅａａｙｉｍｅｏｓｆｒｓｉｌｙｒｓｒｎｏｅｓｃｒｓｏｓｙａｃ８ｅｓｄｅｈｓｓｒｃ：ｎｔａｉｆａｄｍｖｂａｏｏｙｈｎｌｓｔｄｏｏｌａｅ ’ ａｄｍｓｉｅｐｎｅｄｎｍｉ＿ｔｉｄｉｔｉｈｒｉｈｓｈｍｉｒｕｎｐｐｒＡｄｔｅｓｌｔｎｏｔｅｄｎｍｉｅｕｔｎｈｎｔｅｄｎｍｉ－ｈａ－ｄｌｓｏｒｕｄｓｉｖｒｓｂｔｅｎｌｅｒａｄｉｄｘａｅａｅ．ｎｏｕｏｓｔｙａｃｑａｏｓｗｅｙａｃｓｅｒｍｏｕｕｆｇｏｎｏａｉｅｗｅｉａｎｎｅｒｈｉｈｉｈｌｅｎｉｔｄｃ．Ｆｒｗｅｅｂｄｏｋｉｐｔｎｅｓｃａｃｌａｉｎｉｗｉｏｓｒｌｒｗｉｏ，ｔｅｓｉｌｙｒｓｒｓｏｓｎｅｓｔｔｎｒｕｅｏｄｏｈｎｔｅｒｃｕｔｇｓｉｈｎｉｍｉｃｅｅｔｈｔｎｉｏｔｈｔｎｉｒｏｓｅｅｆｅｉｅｓｈｌａｅ ’ ｅｐｎｅａｄｔｔｉｉｅｏｈａｓｃｐｒｍｅｒｏｒａｈｖｂａｏｓｎｒｌｉｅｅｐｃｖｌａａｔｓｆｃｉｒｔｎｒｐｓａｅａｓｇｖｎｒｓｅｔｅｅｅｉｅｏｅｏｉｙ，ｗｉｓｂｉｈｓａｒｌｂｅａａｙｉｅｌｕａｖｈｃｅｔｌｅｅｉｌｎｌｓａｅｌｔｅｍｅｏ．ｎｌｏｔｅｎｔｒｌｈａｓａｓｉｈｔｄＡｄａｈａｕａｓｆｑｅｃｏａｉｎｃｌｌｔｎａｄｔｅｄｎｍｉｒｌｉｔａｃｌｔｎａｅｃｒｉｕｒｔｅｓｍｅｇｏｎｉｕｄｒｔｅｔｏｄｆｒｎｒｕｎｉｃｍｐｒｏａｃａｏｙａｃｅｉｌｙｃｌｕａｏｒａｒｅｓｅｓｕｉｎｈａｉｂｉｄｅｏｔｆａｒｕｄｓｌｎｅｉｅｔｏｈｏｈｗｅ

基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研

第27卷第5期2018年10月自　然　灾　害　学　报JOURNAL OF NATURAL DISASTERSVol.27No.5Oct.2018 收稿日期:2018-01-18;　修回日期:2018-05-07 基金项目:国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2016YFE0105500);中央级公益性研究所基本科研业务费专项(2016A02) Supported by :Key Special Project of National Key R&D Plan,International Scientific and Technological Innovation Cooperation(2016YFE0105500);Sci⁃entific Research Fund of Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration (2016A02) 作者简介:王鸾(1993-),女,博士研究生,主要从事土动力学和岩土地震工程研究.E⁃mail:1286290758@ 通讯作者:汪云龙(1985-),男,副研究员,主要从事岩土地震工程、土工测试及地质勘察等方面的研究.E⁃mail:Wyl_iem@ 文章编号:1004-4574(2018)05-0012-08DOI押10.13577/j.jnd.2018.0502基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研究王　鸾1,袁近远2,汪云龙1,王　克1(1.中国地震局工程力学研究所,中国地震局地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;2.香港中文大学工程学院,中国香港)摘　要:软土场地地震反应计算分析方法是公认难题。

以日本KiK⁃net 强震观测台网中所有软土场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法SHAKE2000、时域非线性方法DEEPSOIL 和频率一致等效线性化方法SOILQUAKE 三者在软土场地地震反应分析计算中的可靠性进行对比检验。

基于DEEPSOIL的软土场地地震反应研究

基于DEEPSOIL的软土场地地震反应研究张海;王震;周泽辉;尤红兵【摘要】软土场地地震反应分析是目前工程场地地震安全性评价中的重要组成部分,对场地设计地震动参数的确定具有重要意义.利用一维场地地震反应分析软件DEEPSOIL,可进行场地线性、等效线性化和时域非线性等多种分析,并可考虑孔隙水压的影响.笔者根据土层计算参数,编制了DEEPSOIL软件场地模型输入文件的自动生成程序,可高效、快速地完成对场地的建模.通过数值算例验证了DEEPSOIL软件的精度.同时通过对某典型Ⅲ类软土场地的地震反应分析,研究了拟合参数的敏感性以及等效线性化方法和时域非线性方法对峰值加速度和地表加速度反应谱的影响,并指出了等效线性化方法在分析软土场地地震反应中的不足.对于软土场地建议采用DEEPSOIL软件进行时域非线性分析,因为其参数简单并容易确定,适合建模快速和使用方便的要求.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2015(010)002【总页数】14页(P291-304)【关键词】DEEPSOIL软件;等效线性化方法;时域非线性方法;软土场地;地震反应【作者】张海;王震;周泽辉;尤红兵【作者单位】天津城建大学土木工程学院,天津300384;天津城建大学土木工程学院,天津300384;天津城建大学土木工程学院,天津300384;中国地震灾害防御中心,北京100029【正文语种】中文软土场地地震反应分析是目前工程场地地震安全性评价中的重要组成部分，对场地设计地震动参数的确定具有重要意义。

软土场地地震反应分析主要采用频域等效线性化方法和时域直接积分的非线性方法（胡聿贤，2003）。

目前，采用等效线性化方法的软件主要包括：Shake91（Idriss等，1992）、EERA（Bardet等，2000）、LSSRLI-1（廖振鹏等，1989）、QUAD4-M（Hudson等，1994）、Flush（Lysmer，1975）等；采用时域非线性方法的软件主要包括：DEEPSOIL （Hashash等，2012）、NERA（Bardet等，2001）、DMOD2000（Matasovic等，2007）等。

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析摘要：软土层地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一，然而目前对软土场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少，尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。

本文主要对软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应进行分析，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：软土层；复杂地铁；地下车站；结构地震；反应分析引言软土层场地复杂地铁车站由于隐蔽性强、复杂性大、造价高，一旦发生震害破坏，易造成巨大经济损失。

地铁车站结构性能极易受到周围土体地震动响应特性的影响，特别是对于软土场地，场地液化引起的大变形会加大震害程度。

软土场地中地铁车站结构的地震动响应极其复杂，震动过程受到多种因素的影响，其中埋深是比较重要的影响因素。

1结构及场地条件以及方法1.1结构及场地条件结构及场地条件主要是以南宁某地铁地下车站为工程背景，该地铁为地下区间，区间主要穿越地层为强风化片麻岩、中风化片麻岩，盾构法施工，盾构隧道外径6.2m，区间埋深9．4～13．2m。

本段线路地震动峰值加速度值为0．20g，相当于地震基本烈度为八度，设计地震分组为第二组，地震动反应谱特征周期为0．40s，抗震设防烈度为8度。

根据横波波速判断，该区间覆盖层为29m，场地类别为Ⅱ类。

1.2反应位移法反应位移法主要是将地下结构地震反应的计算简化为平面应变问题，其在地震时的反应加速度、速度及位移等与周围地层保持一致，因天然地层在不同深度上反应位移不同，地下结构在不同的深度上必然产生位移差。

将该位移差以强制位移形式施加在地下结构上，并将其与其他工况的荷载进行组合，则可按静力问题进行计算，来得到地下结构在地震作用下的动内力和合内力。

反应位移法是一种静力法，其概念清晰，可以反映土～结构间的相互作用，是日本等发达国家目前普遍采用的地下结构抗震计算方法。

我国《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909－2014）也将反应位移法作为主要计算方法。

西安市阎良区工程场地土层地震反应分析

Ｔｈｏｌｙｒｅｓｉｓｏｓａｙｉｆｎｉｎｓｒｃ， ’ｎＣｉｅＳｉＬａｅｓＳ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｍｃＲｅｐｎｅＡｎｌｓｓｏＹａｌｇＤｉｔｉｔＸｉａｔａｙ
ＱｉｇＬｕｄｎＱｉｅｈｏＺａｇＺｏｇｉｕＮｎｉｏｇＤｅｎａｈｈｎｌＷｎ
刖吾
西安市阎良区位于关中腹地，距西安市中心约５ｍ，是我国最大的集飞机设计、制造、试飞和０ｋ定型为一体的航空工业科研基地，被中外人士誉为 “ 中国飞机城 ” 。本文的工作范围以西安市阎良区为中心，半径１０ｋ的范围，即东经１６２。７ｍ０．７一１１６，北纬３．。３．。１．ｏ０３０６１。这一区域涉及到工作８７区中部华北地震区的汾渭地震带、工作区东南部的华北平原地震带及工作区北部的河套一银川地震带和工作区南部华中地震区的长江中游地震带的部分地区。１５５６年华县８２．５级地震是迄今为止人类地震灾害史上伤亡最大的一次地震。９８年泾阳１９南部发生４８级地震，在西安等地引起了较强烈的．震感效应 …。为此，在阎良区开展城市地震小区划
1场地模型的建立依据场地工程地震条件调查工作提供的场地钻孔资料土层波速测试数据和非线性特性试验获得的土体的非线性特性数据包括初始剪切模量剪切模量比与剪应变关系曲线阻尼比与剪应变关系曲线等并结合中国地震局行业标准中推荐的土类参数值建立了各个站点的场地土层地震反应一维计算模型由于模型众多在此仅列出4号钻孔的计算模型表1表2

天津软弱土场地土层地震反应实例分析

一
震动时程和反应谱，用所得的反应谱及强震记录与ＧＢ５０００《筑抗震设计规范》０１—２１建１中相对应的地震影响系数曲线进行对比，析两者之间的差别。以期为分抗震设计提供参考。
１场地土层地震反应分析研究方法
天津软弱土场地土层地震反应实例分析
周海涛肖志毅，
（．中国地震局第一监测中心，津１天３０８；．天津辰鑫石化工程设计ａ限公司，０１０２－天津３０７）０２１
摘要：对场地土层地震反应分析的主要方法进行介绍，在天津软弱土场地（ Ⅳ类场地）上分别采用等效线性化和逐步积分的方法进行土层反应，并把土层反应得到的结果与天津地区Ⅳ类场地上的实际强震记录对比，发现等效线性化方法适用于天津软弱土场地土层地震反应。对软弱土场地土
层地震反应结果进行分析，把该结果与Ｇ０１ —２１建筑抗震设计规范》中相应的参数进行Ｂ５０１００《对比，析两者之间的差别，分为天津软弱土场地的抗震设防提供合理的建议。关键词：抗震设计；地震记录；软弱土；土层地震反应；等效线性化；逐步积分法
记录除了１７９６年１１月２日宁河６９级地震时在天５．津医院所接收的强震记录外，本上没有其他地震波基可供参考。因此有必要进行场地土层地震反应，到得适合于天津市 Ⅳ类场地土层（弱土）的地震动参软 … 数值。软弱土非线性比较强，用的等效线性化方法通对于非线性较强的软土地震反应分析的适用性受到了很多的质疑。。这就要求通过土层地震反应得到地 ‘

土石坝地震反应分析

摘要：对土石坝动力反应分析中的一系列问题，土石料的本构模型、地震波的输入方式、动力分析方法及土石坝液化问题作了简
要评述和初步分析，并指出其中存在的若干问题。另外，土石坝的各类分析方法及其适用条件做了评述。对．
关键词：土石坝；动力分析；液化；坝料结构模型；地震反应分析
的；其二在于分析方式的确定和动力平衡方程的求解比较复杂。故本文将对土石坝动力反应分析中几个重要问题和分
析方法及其各自适用条件做了简要评述。
的变形特性，又要兼顾到应用和参数测试的简单易行，ｕ－Ｄｎ
（ｏａＮ．４Ｔｄｌｏ３）
文章编号：０７９（０６００００１７— ５６２０）５— ０３— ２０
士石坝地震反应分析
张波，王赘，王玉琴
（西理工学院土建系，西汉中７３０）陕陕２０３
中图分类号：Ｖ４Ｔ６１
文献标识码：Ａ
土石坝动力反应分析是土石坝抗震问题较为复杂和困
变形特性，而在实际土工问题中采用弹塑性模型进行数值然
难的课题。原因之一在于土的骨架变化几乎是非线性的、各向异性的及滞后性的，在计算中，找出一个土的本构数故要
研究和分析打下了基础。虽然动力模型非常多．Ｈａｄｎ的但ｒｉ
等价黏弹性模型像Ｄｎａｕｃｎ—Ｃａｇ力模型一样，由于其ｈｎ静也概念明晰、简单、数易Байду номын сангаас于确定而得到广泛应用。其将土石参料视为黏弹性体，把实际滞回圈用倾角和面积相等的椭圆代替，采用等效弹性模量Ｇ和等效阻尼比Ａ这两个参数反映，了土体的非线性和滞后性两个动力基本特征，将其表示为并动剪应变幅值的函数。Ｈｒｉａｄｎ等根据试验资料提出了下列等向固结条件下的经验公式：

岳城水库土坝地震反应分析

土坝地震反应分析等岳
式中Ｋ、为相应于Ｇ时的试验常数；－ｏ为平均有效应
算确定在时段Ｄ间产生的最大动剪应力ｌ，～之７－以一ｌ
及在此时段中出现的剪应力峰值丁， …丁。丁及其相应的
和位移列阵；５｝｛为地震加速度列阵。
总阻尼阵由各单元阻尼阵组成，单元阻尼阵Ｃ］由下式计算：
对土坝动力反应分析的方法一般采用有限元程序
进行计算，程序中使用的有限元离散法决定了计算结果的正确性与合理性。本文围绕岳城水库土坝编制了相应
土体非线性分析采用中点增量法，计算时考虑拉裂
和剪坏的修正，以及固结压力作用历史和卸载影响。为
区地震烈度为９。根据已有的地质资料，。磁县和岳城一带基岩埋藏较深，在７～３ｍ以下，城和磁县一带都０１０岳
维普资讯
第３期
２ｏ０８年６月
广东水利水电
ＧＵＡＮＧＤ０Ｎ（ＷＡＴＥＲＲＥＳＯＵＲＣＥＳＡＮＤＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ
Ｎｏ．３
Ｊｎ２０ｕ．０８
岳城水库土坝地震反应分析
盛朝晖，会欣刘
（Ｌｙ程大学水电学院，河￣．－河北邯郸０６２）５０１
Ｇ＝ＫＰｏ０＂
ｍ
（４）
收稿日期：０８０ — ３２０—３０；
修回Ｅ期：０８０ — ０ｌ２０ — ３１
作者简介：盛朝晖（９９）女，１６一，在读博士，讲师，主要从事结构工程抗震及结构防灾研究。

黄土的地震反应分析

１
在剪切模量随深度呈线性变化时的场地土中。这些论文建立
了相应类型场地土的随机地震反应分析理论。采用随机地震反应分析时，如果把地震动看作平稳过程，线性体系用平稳过程理论分析比较合理，但土体有明显的非线性特征，因此把土体对地震波的反应当作平稳过程分析不太妥当；如果把地震动
２算
例
＋ｍ，令＝／ｚ且ｍ得：
某场地土层总厚度Ｈ＝２质量密度的加权平均值Ｐ２ｍ，
去
ｃ
２
０
（１１
＝１８／ｒ，．６ｇｅ土层的各层参数如表１所示，ａ剪切模量Ｇ由Ｇ＝算出，ｐ根据土层剪切模量的回归曲线可知Ｇｏ＝
线性变化时黄土场地地层地震反应的一般解，用ＭＡＬＢ对该方法进行了编程和实例计算。算例结果表并ＴＡ
明，土地层的地震反应具有明显的放大作用。黄
【关键词】黄土；振型分解法；ＭＴＡＡＬＢ
【中图分类号】Ｔ４４Ｕ４黄土是一种特殊性土，自己的特性，有在地震作用下也有
ＯＰＯｐ一Ｇ）】五）（ｔ（考、ｔｏｚＪ［＝一２）
＋一
一
式中：为土的粘滞阻尼力；为土层的水平位移；（）ｃ “ Ｃｚ
为土层的剪切模量。该式的解答应满足以下定解条件：
初始条件：（ｔＪ＝， “ｚ），０边界条件：（，ＩＨ＝０丝 “ｚ）ｚｔ＝，
表1某场地土的参数值序土的名称深度密度波速剪切模量gcm3ilsmpa1黄土状土32015717045372黄土状粉质粘土83017021074973黄土状粉质粘土157018723098924砾石土22o21534024854图2加速度随深度变化图图3剪应变随深度变化图3结论本文运用振型分解法分析了场地土的地震反应并用matlab编制程序进行实例分析计算

不同类型地震波作用下土―结构相互作用体系地震反应分析

不同类型地震波作用下土―结构相互作用体系地震反应分析高发通;陈清军【摘要】目前有关长周期地震波作用下结构的动力响应研究大多限于线弹性问题。

本文采用次弹性(Hypoelastic)模型模拟土体的非线性，利用有限元法建立土-结构相互作用体系分析模型。

分别从1985年墨西哥地震记录库、2003年日本十胜冲地震记录库中选取具有较可靠长周期信息的基岩地震波作为输入，对土-结构相互作用体系进行非线性地震响应分析，并与普通地震波作用下的动力响应结果进行了比较，结果表明，随基岩输入峰值的增加，地表加速度放大系数呈减小趋势，长周期地震波的场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，普通地震波不明显。

考虑土―结构相互作用影响后，桩基承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场。

% Study on dynamic response under long -period seismic has been mostly focused on linear situa-tion at present.Soil-structure interaction system set up by finite element method with hypoelastic was used to simulate nonlinear behavior of soil .The long-period seismic waves were chosen from the earthquake records of Mexico 1985 and Hokkaido Japan 2003 as input to analysis nonlinear seismic response of soil -structure interac-tion system, and the result was compared with that of normal seismic waves .The result shows that the accelera-tion factors at ground surface have a tendency becoming smaller and the spectra of ground wave under long -peri-od rock wave grows bigger while that under normal rock wave hardly change with the maximum of rock accelera -tion changing bigger.The maximumacceleration and acceleration factors at pile cap are smaller than that of ground face with soil -structure-interaction in consideration.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】6页(P651-656)【关键词】不同类型地震波;土-结构动力相互作用;非线性动力响应;长周期反应特征分析【作者】高发通;陈清军【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】P315.31;TU430 引言长周期地震动特性很复杂，受到诸多因素的影响，如震源、震中距和场地条件等，引起了国内外学者的关注和研究［1］，胡文凯等［2］以深覆盖场地为背景，探讨了不同强度地震波作用下的长周期地震波反应特征，廖述清等［3］分析了长周期作用下高层结构的弹塑性动力响应.受限于资料和研究方法，目前关于长周期地震动作用下土－结构相互作用体系的动力响应的研究成果还比较少，且大多限于线弹性问题，弹塑性问题主要为上部结构的研究.本文采用 Abaqus内嵌的次弹性模型(Hypoelastic)模拟土的非线性行为，利用有限元法建立土－结构相互作用体系分析模型，选取不同类型的基岩地震波作为输入，对土－结构相互作用体系进行非线性地震响应分析，以探讨不同类型地震波作用下土－结构相互作用体系动力响应的差异.1 土－结构相互作用体系地震反应分析基本方程在地震作用下，土－结构相互作用体系的动力运动方程可写成为式中［M］，［C］和［K］分别为土－结构相互作用体系的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，{u}，{}和{ü}分别为节点位移、节点速度和节点加速度向量，üg为基岩运动加速度，{I}是元素均为1的向量.这里阻尼采用瑞利阻尼.本文采用 Full Newton(完全牛顿法)对方程(1)进行求解.采用次弹性(Hypoelastic)模型模拟土体的非线性行为.Hypoelastic模型假设材料的弹性模量E和泊松比μ是应变不变量(I1)的函数，其本构方程见公式(2).这对土体十分适合，因为土的强度与应变水平的关系十分紧密.尽管该模型未考虑土体动力滞后和降强效应，但它反映了土体的非线性行为.从试验成果来看，土体的降强效应对基础结构的影响并不显著，因此该模型若对侧重于基础结构反应的分析，将十分有效和快捷［5］.其中，σij，εij分别为应力和应变张量，当 i=j，δij=1;当i≠ j，δij=0.对于剪切模量～剪应变衰减曲线，粘性土、砂性土分别采用 Seed－Sun模型［6］、Seed－Idriss模型［7］;对于阻尼比～剪应变的变化曲线，两种土均采用Idriss模型［8］.与等效线性化不同的是，Hypoelastic模型在每一分析步对材料的模量进行迭代.采用文献［9］给出的模量比、阻尼比随剪应变变化的数字化形式，这里不再重复给出.2 输入地震波的选取本文选取3条长周期基岩波(1985年墨西哥地震记录TLHD－EW波、2003年日本十胜冲地震记录HKD031－NS波、HKD123－EW波)作为基岩输入，同时选取2条普通基岩波(1999年台湾集集地震记录CHY052－EW波、CHY052－NS波)作为对比.5条地震波的时程如图1所示.图1 地震波加速度时程图2给出了5条地震波的标准加速度反应谱.由图可见，3条长周期的地震波反应谱值在长周期部分较大，且在周期域中分布比较宽;2条普通波反应谱值集中分布在0～1.5s内.图2 地震波标准加速度反应谱(ξ=5%)3 土－结构相互作用体系地震反应分析3.1 土－结构相互作用体系有限元模型的建立本文以文献［10］给出的土层资料为背景建立有限元模型，上部结构为20层框架，层高均为4m.结构共计9跨，每跨4m.桩长14m，桩径1.6m，桩间距2.8m.有限元模型见图3.图3 土－桩－结构相互作用有限元模型图4 不同基岩输入时地表加速度时程图5 不同基岩输入时地表标准加速度反应谱3.2 数值计算与分析3.2.1 场地自由场地震反应分析取所选5条地震波峰值加速度水平分别为0.035 g，0.05g，0.10g 作为基岩输入，计算场地自由场反应.表1，表2分别给出了输入不同峰值的不同地震波时场地地表反应波的加速度峰值和地表加速度反应放大系数.对比不同输入峰值时的加速度放大系数可以看出，随着基岩输入地震波峰值的增大，地表加速度反应放大系数呈减小趋势.选取其中2条地震波(HKD123－EW波和CHY052－NS波)，给出不同输入峰值时的地表波时程，见图4.两条地震波的地表反应波均取前70s.表1 地表加速度峰值/g基岩输入峰值THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 0.107 0.103 0.103 0.098 0.0960.05 0.121 0.112 0.138 0.131 0.1250.10 0.162 0.165 0.165 0.178 0.170表2 地表加速度反应放大系数基岩输入峰值/g THLD－EW HKD031－NSHKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 3.04 2.94 2.94 2.792.740.05 2.43 2.24 2.77 2.62 2.510.10 1.62 1.65 1.65 1.78 1.70对比地表加速度时程可以看出，长周期地震波的地表反应波长周期成分远比普通波的丰富.随着输入峰值的增大，长周期地震波的地表反应波非线性行为更加显著.在加速度较大的时段，地表波卓越周期变长，加速度峰值的变化随输入的增加而趋于平缓.在加速度值较小的时段，不同输入峰值时，地表波区别不大.对比这两条波还可以看出，长周期地震波峰值较大的时段持时较长，而一般地震波较短.图6 不同基岩输入时承台加速度时程图7 不同基岩输入时承台处的标准加速度反应谱图5给出了不同基岩波不同输入峰值时的地表加速度标准反应谱.对比分析可知，随着基岩输入长周期地震波加速度峰值的增大，其场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波则不明显.3.2.2 土－结构相互作用效应分析取所选5条地震波峰值加速度水平分别为0.035 g，0.05 g，0.10 g 作为基岩波输入，计算土－结构相互作用体系地震响应.表3和表4分别给出了在输入不同峰值的不同地震波时承台加速度反应波的峰值和承台加速度反应放大系数.比较表1，表3和表2，表4结果，可知承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场地表面的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数.图6给出了给出不同峰值输入时，基岩输入为HKD123－EW波和CHY052－EW 波时对应的承台的加速度时程.对比时程可以看出，当输入为长周期地震波时，承台加速度时程的长周期成分更加丰富.当输入峰值增大到0.10 g时，长周期地震波作为输入时承台的加速度响应变化更加显著.图8 不同基岩输入时结构顶部加速度时程表3 承台加速度峰值/g基岩输入峰值THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 0.089 0.101 0.093 0.094 0.0860.05 0.102 0.104 0.117 0.123 0.1140.10 0.171 0.140 0.144 0.126 0.150表4 承台加速度放大系数基岩输入峰值/g THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 2.53 2.88 2.66 2.67 2.470.05 2.03 2.09 2.34 2.46 2.280.10 1.71 1.40 1.44 1.26 1.50图7给出了不同基岩输入峰值时承台的标准加速度反应谱对比.对比分析可以看出，当输入峰值较小(0.035 g，0.05g)时，长周期地震波输入与普通波输入的承台加速度反应谱在长周期部分区别不大;当输入长周期地震波的峰值为0.10 g时，承台加速度反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波的承台加速度反应谱值在长周期段影响不明显.图8给出了不同输入峰值时结构顶部的加速度时程.当输入为长周期地震波时，结构顶部加速度响应的长周期成分较普通波输入时更多.随着输入的增加，结构顶部加速度响应长周期成分较相同输入时的地表及承台加速度更丰富.结构放大了土体非线性带来的结构基底输入频谱的变化，使得结构顶部加速度响应的长周期成分更加显著.4 结论本文分别以3条长周期地震波和2条普通地震波作为基岩输入，以Hypoelastic模型模拟土的非线性，探讨了不同类型地震波作用下土－结构相互作用体系非线性动力响应的差异.数值分析结果表明:(1)对于本文的二种地震波作用情形，随着基岩输入地震波峰值的增大，地表加速度反应放大系数呈减小趋势;(2)对比分析地表加速度标准反应谱结果，随着基岩输入长周期地震波加速度峰值的增大，其场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波的场地地表反应波的反应谱值在长周期段影响不明显;(3)考虑土―结构相互作用影响后，桩基承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场地表面的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数.参考文献:［1］谢礼立，周雍年，胡成祥，等.地震动反应谱的长周期特性［J］.地震工程与工程振动，1990，10(1):1 －20.［2］胡文凯，陈清军.不同基岩地震波作用下深覆盖场地的反应特征分析［J］.结构工程师，2010，Vol.26 No.5:85 －90.［3］廖述清，裴星洙，周晓松，等.长周期地震动作用下结构的弹塑性地震反应分析［J］.建筑结构，2005，Vol.35 No.5:24 －27.［5］马亢.地震作用下桩筏基础与土的动力相互作用机理研究［D］.四川:四川大学，2010.［6］Sun J I，Golesorkhi R，Seed H B.Dynamic Moduli and Damping Ratios for Cohesive Soils［R］.Report No.EERC88/l5，Earthquake Engineering Research Center，University of California，Berkeley，l988. ［7］Idriss I M，Sun J I.SHAKE91:A Computer Program for Conducting Equivalent Linear Seismic Response Analyses of Horizontally Layered Soil Deposits［R］User's Guide，University of California，Davis，California，l992.［8］Vucetic M，Dobry R.Effect of Soil Plasticity on Cyclic Response［J］.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE，l99l，117(l):89－l07. ［9］黄雨，叶为民，唐益群，等.上海软土场地的地震反应特征分析［J］.地下空间与工程学报，2005，1(5):773－778.［10］陈清军，杨永胜.随机地震反应分析中侧向边境的影响分析［J］.岩土力学，2011，32(11):3442 －3447.。

土层地震反应等效线性化方法综述

收稿日期 : 2007- 04- 18 ; 修订日期 : 2007- 08- 21 基金项目 : 地震科技行业专项 ( 2007年 ) ( 8- 39) 资助作者简介 : 齐文浩 ( 1979- ) , 男 , 博士研究生 , 主要从事土层地震反应分析和水库诱发地震研究 .
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世
界
地
震
工
程
23 卷
4期
齐文浩等 : 土层地震反应等效线性化方法综述
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等效线性化程序 , 对季节性 I 、 II类场地的冻土区和多年冻土区在不同地震波作用下的反应进行计算, 分析了冻土层的变化对场地地震反应的影响; 黄雨、陈竹昌等
[ 17]
( 2000)年将上海饱和软土视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质, 根据共振柱
[ 13] [ 14]
相结合 , 构造出一种水平成层非平稳随机地震反应的近似算法 , 并进行了一系列检验 ; 陈原、李杰 ( 2006)将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法, 与工程波动理论散射问题的求解方法相结合, 建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。等效线性化方法在冻土和软土的应用上也有所突破。徐学燕、徐春华等
[ 10] [ 9]
, 在此基础上又将等价线性化
[ 11]
思想推广到二维 , 建议了一种适应非水平成层土层的随机地震反应分析的方法 , 后来又提出非线性土层随机地震反应的概率平均等价线性化法, 并计算一单层土、单自由度水平剪切振动系统, 获得了较好的效果
[ 12]
, 90 年代初, 他们又将线性系统随机地震反应的时域模态分析与非线性土结构概率平均等价线性化法
[ 6] [ 7] [ 3]

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。

摇震反应[精华]

摇震反应是土体多个性能指标的的野外综合判别方式，将土块放在手中摇动后，描述其是否易分散，是否水印明显有水溢出等状况，此方式适用于粉土，粘性较差的粉质粘土，稍有粘性的砂类土。

干强度：将一小块土捏成团，风干后用手指捏碎，掰断及捻碎，根据用力的大小区别为：
1、很难或用力才能捏碎或掰断-----高。

如粘土。

2、稍用力即可捏碎或掰断-----中等。

如粉质粘土。

3、易于捏碎和捻成粉末-----低。

如粉土。

韧性：应将含水量略大于塑限的土块在手中揉捏均匀，然后在手中搓成直径为3mm的土条，再搓揉成土团，根据再次搓条的可能性区分为：
1、能揉成土团，再搓成条，捏而不碎-----高。

2、可再揉成团，捏而不易碎者-----中等。

3、勉强或不能揉成团，稍捏或不捏即碎者-----低。

摇振反应：应将软塑或流动的小土块捏成土球，放在手掌上反复摇晃，并以另一手掌振击此手掌，土中自由水将渗出，球面呈现光泽，用二手指捏土球，放松后水又被吸入，光泽消失，根据上述渗水和吸水反应快慢，分为：
1、立即渗水和吸水-----反应快。

2、渗水和吸水中等-----反应中等。

3、渗水和吸水慢及不吸不渗者-----反应慢或无反应。

这些在学校都有已经学过了，只是说有哪些要做摇振反应的？
我记得好像有：粉土、粉质粘土、粉砂、却不知道粘土要不要？
粉土做，粉土质粘土，和粘土质粉土，可以区分一下，粉砂，你不摇它都出水。

粘土，你怎
么摇它也不出水，这两个不用考虑
一般地震液化土做。