在以往场地反应研究中,一般将来自基岩的地震波假设为垂直向上传播的体波,然后根据这一假设开展地震响应研究工作。然而,伴随着各种新技术、新方法的发展,场地反应研究工作不断深入,发现当震源距离场地比较近时,地震波并不是垂直向上传播的,而是以某一角度倾斜向上传播的。因此,开展非垂直入射地震波作用下场地反应的研究更符合实际。为了寻求一种非垂直入射地震波作用下的场地反应的理论计算方法,以基岩表面单覆盖土层地震反应为研究对象,将覆盖土层视为水平无限大粘弹性介质,根据地震学原理,首先推导得到基岩界面和自由表面处地震反射波、透射波与入射波的振幅关系;然后,根据地震波的传播特性,研究非垂直入射地震波到达同一观测点的传播路径的特点,据此计算地震波的到达时间及其地震动;最后,借鉴土体动力反应分析中的剪切层法,研究地震波在传播过程中能量衰减特性,得到阻尼比与地震动之间的关系。综合上述研究结果,应用叠加原理求得地面地震动时程。通过理论模型和工程实例验算表明,本文提出计算方法具有计算效率高、精度高和可靠性好的优势,克服了常规数值计算结果误差大、稳定性差等不足,并取得以下几点认识:(1)分析场地反应的传统方法往往只研究地震波垂直入射时的情形,本文根据地震学原理及地震波的传播特性提出一种比传统方法更先进的新方法,可以用于研究非垂直入射地震波作用下的场地反应,从而得到场地反应的理论解。(2)通过理论模型及工程实例验证本文研究方法的可行性,并将其推广用于计算体波作用时场地反应分析,亦可将该方法应用到多层场地的反应分析当中。(3)本文研究方法的优点是不受土层厚度限制,适应性较强,为了克服常规数值计算结果误差大的缺陷,避免采用数值方法对全部波场的计算,无需处理边界问题,无条件稳定,其计算精度不受网络形状和大小的控制,地震波大角度入射时仍具有良好的计算精度,操作简单方便,可靠性好,计算精度高,易于应用到工程之中。(4)本文重点分析了入射角对场地反应的影响,地震动入射角不同,产生的位移时程不同。当入射角发生变化时,不同类型入射波的位移峰值变化规律存在明显差异;入射角不同,导致地震动能量重新分配,且随着入射角的增大,波动强度减小,波动持续时间缩短,表现出尾振衰减现象:入射角不同将影响首波抵达时间,且随着入射角的增大,抵达分界面相位时差增大,层内传播路径的距离增长,传播时间延长,导致抵达计算点的首波发生时间推迟现象。另外,阻尼比不同,产生的地震动强度也不同,阻尼比越大,位移衰减越严重。(5)输入真实地震波时,由于不同地震波的频谱特性有所差别,从而引起计算点的峰值加速度有所不同,表明在一般工程抗震设计中,将入射地震波简化为竖直向上入射的体波与实际不符,有必要研究地震波斜入射的影响。