自贡西山公园山脊地形斜坡地震动力响应特征研究

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强震诱发大量斜坡震害调查和研究结果表明,斜坡场地条件对地震动响应特征影响显著,尤其是山体地形、地层等因素对斜坡地震动影响强烈,也是国内外地震工程领域的研究热点。然而,斜坡常因为缺乏近场区强震监测数据,对其动力响应研究认识具有一定局限性。本文以自贡西山公园斜坡为研究对象,以该斜坡上地震监测台阵记录的汶川地震及长宁地震的加速度数据为基础,基于地震监测数据的分析认识,同时进行一系列环境噪声测试,分别获取该斜坡的春、夏、秋、冬四个不同季节环境噪声数据,采用水平与竖向谱比法(HVSR)和标准谱比法(SSR)进行数据分析,并应用数值模拟方法,系统研究了自贡西山公园山脊地形斜坡的地震动场地响应特征。主要研究成果如下:(1)汶川地震较小振幅在土层(0#)场地放大效应强于基岩(1#~7#)场地,揭示在强震动条件下的弹性动力响应阶段土层动力放大效应强于基岩,土层场地谱比放大系数约6.5,水平向卓越频率约为7.5Hz;随着斜坡地形起伏及高程增加,位于坡顶处6#基岩监测场地动力放大效应强于斜坡其它监测点,对比分析揭示局部地形、坡度、高程因素对场地放大效应具有一定影响。(2)环境噪声数据分析揭示,场地环境噪声谱比响应特征几乎不受季节温差影响,谱比曲线较为稳定;软弱粘土覆盖层对较低频带范围地震动呈现出明显放大效应;与地震数据分析结果对比显示,两类数据在地形具有较强放大效应的凸出部位(5#~7#)卓越频率耦合效应较好,而谱比放大系数环境噪声小于地震监测结果。(3)进一步采用无人机飞行、物探勘探手段获取斜坡的高精度地形数据及地层介质波速参数等,采用二维(UDEC)离散元程序构建斜坡纯地形(均质参考模型)与地形组合地层模型揭示,组合模型放大效应远大于均质模型,且与地震监测数据分析的放大效应具有较好的耦合特征。(4)采用三维(FLAC3D)数值模拟分析结果表明,斜坡模型在输入不同地震荷载作用下,放大效应强弱不同,但不影响场地卓越频率;三维模型应力和位移分析结果显示,坡顶附近区域的动力响应较强,在强震动作用下,坡表可能存在剪切破坏的风险。本研究对认识山脊地形斜坡在不同强度地震作用下场地响应特征具有重要的理论价值和工程意义。
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