层状场地非线性地震反应研究

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大量地震灾害资料表明,复杂场地条件和局部场地效应对场地地震反应具有显著影响。对于同一地震来说,场地条件的差异会造成不同的地面反应,局部场地效应会对地震动强度和频谱特性产生显著影响。场地地震反应分析本质上是复杂的三维数值分析,但场地地震动反应中通常视为一维问题进行研究,不能很好的模拟成层场地的真实状态。此外,基岩地震动时程的确定是进行工程抗震设计和场地地震响应的关键,但是地表地震动记录容易获得,而基岩地震动时程相对匮乏。在复杂土层情况下,一维到多维场地地震反应的研究、通过场地地表地震动加速度记录得到可靠基岩地震动时程的研究等内容都是目前研究的重点和难点。因此,非常有必要展开场地非线性地震反应方面内容的研究。论文进行了不同场地类型不同截断频率的场地地震动反演分析,得到了基岩处地震动时程,并探讨了不同场地类型一维频域和时域地震反应对比规律。由于一维频域分析不能真实反应土体非线性,依托济宁市泗水县实际工程,进一步研究了场地一维与二维非线性地震反应,主要内容及结论如下:(1)根据美国PEER数据库选取的九条地表地震动记录,研究了不同场地类型下不同地震动截断频率对场地地震动反演的影响,利用DEEPSOIL的反褶积程序得到了基岩处输入地震动时程,通过土层正演分析得到的地表地震动时程与实际记录基本吻合,证明了场地地震反演分析的正确性和可靠性。(2)对于Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类不同场地类型下九个不同土层剖面,将基岩地震动时程作为输入地震动,通过频域等效线性化方法和时域非线性方法,进行一维场地地震动反应对比分析。研究表明,在输入基岩地震动峰值加速度较小时,频域分析结果和时域分析结果具有一致性,在不同地震作用下一维场地时域分析比频域分析更能体现土体非线性特征。当输入地震动峰值加速度不同时,不同场地类型具有不同的地震动响应。(3)根据山东省济宁市泗水县实际工程,选取土层参数不同的四个典型钻孔剖面,考虑局部场地效应的影响,利用DEEPSOIL和FLAC3D数值分析软件,对比探讨了非均匀土层一维和二维非线性地震动响应。研究表明,随着基岩输入地震动峰值加速度的不同,二维非线性分析与一维非线性分析在不同深度处峰值加速度存在差异,二维非线性分析比一维非线性分析对土层放大效应更加明显,二维数值分析结果与实际地震动记录更加接近。
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