土層非線性地震反應(yīng)分析方法研究.pdf

1、土層非線性地震反應(yīng)分析方法研究是當(dāng)前巖土地震工程研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。土層地震反應(yīng)分析技術(shù)也是當(dāng)前工程場地地震安全性評(píng)價(jià)的核心技術(shù)之一。早在20世紀(jì)初人們就從舊金山大地震的震害中發(fā)現(xiàn)場地條件對(duì)地震動(dòng)有一定影響，為合理估計(jì)場地條件對(duì)地表地震動(dòng)的影響，人們把場地簡化為物理力學(xué)模型，提出各種土體動(dòng)力本構(gòu)模型，利用解析或數(shù)值的方法對(duì)場地地震動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行求解。當(dāng)前，工程上應(yīng)用最為廣泛的土層地震反應(yīng)分析方法依然是等效線性化方法。等效線性化方法把土體非線

2、性問題轉(zhuǎn)化為線性問題近似求解土體動(dòng)力反應(yīng)，它在工程應(yīng)用中存在一些不合理的情況，主要原因是沒有恰當(dāng)?shù)耐馏w動(dòng)力應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；此外，歷次震害調(diào)查表明，特殊場地上烈度異常是地震中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，特別是軟弱場地上震害尤為嚴(yán)重，軟土場地震害研究也是當(dāng)前工程抗震領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)問題之一。鑒于此，本文對(duì)土層非線性地震反應(yīng)方法和汶川地震中特殊場地上烈度異常進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴指出了現(xiàn)行土層地震反應(yīng)分析方法存在的問題?，F(xiàn)行土層地震反

3、應(yīng)分析方法為工程上廣泛應(yīng)用的等效線性化方法。介紹了等效線性化方法的基本原理，總結(jié)了其優(yōu)、缺點(diǎn)，簡述了其最新進(jìn)展。通過具體的算例，再現(xiàn)了等效線性化方法在實(shí)際工程應(yīng)用中存在的幾個(gè)主要問題，即個(gè)別離散點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算失效、計(jì)算軟土層時(shí)結(jié)果異常、地震動(dòng)輸入較大時(shí)計(jì)算結(jié)果不合理、有些情況下出現(xiàn)死循環(huán)等。并提出現(xiàn)行土層地震反應(yīng)方法改進(jìn)的方向。
　　 ⑵構(gòu)造了指數(shù)形式土體動(dòng)力本構(gòu)模型?；谥笖?shù)函數(shù)的有界性、函數(shù)曲線形狀以及構(gòu)造土體動(dòng)力本構(gòu)模型的一般

4、原則，把函數(shù)在(-∞，0]區(qū)間上的圖像進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、平移、放縮，從而構(gòu)造出土體的動(dòng)力本構(gòu)模型的骨架曲線。在卸載和反向加載時(shí)，采用與骨架曲線相同的函數(shù)形式，并以前一次卸載開始點(diǎn)作為起點(diǎn)，以土體的極限應(yīng)力水平作為漸近線，構(gòu)造出土體動(dòng)力本構(gòu)模型的滯回曲線。在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出適用于非對(duì)稱循環(huán)荷載的指數(shù)形式土體動(dòng)力本構(gòu)模型(簡稱UE模型)。UE模型具有四個(gè)特點(diǎn)：第一，適用于非對(duì)稱循環(huán)荷載；第二，記憶量??；第三，卸載再加載滯回曲線自動(dòng)滿足Masing準(zhǔn)則

5、；第四，模型參數(shù)少，物理意義明確，可用常規(guī)試驗(yàn)確定。
　　 ⑶利用共振柱試驗(yàn)檢驗(yàn)了UE模型。推導(dǎo)了UE模型等效剪切模量比的表達(dá)式。利用西安閻良區(qū)地震小區(qū)劃工作中若干土樣的共振柱試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)所提出的UE模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明UE模型能很好的擬合共振柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)利用UE模型對(duì)剪切模量的推薦值進(jìn)行了擬合，擬合結(jié)果也證明了UE模型的可靠性。
　　 ⑷檢驗(yàn)了基于UE模型的土層非線性地震反應(yīng)分析方法。根據(jù)UE模型形成了一維土

6、層非線性地震反應(yīng)分析方法，并編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序NDSoil UE-1D。利用響瞠三維臺(tái)陣的強(qiáng)震記錄對(duì)NDSoilUE-ID程序進(jìn)行了檢驗(yàn)，地表加速度反應(yīng)和譜比分析結(jié)果表明，新方法較等效線性化能更合理地反映土體非線性特性隨輸入地震動(dòng)強(qiáng)度由小到大而由弱變強(qiáng)的趨勢。
　　 ⑸研究了汶川地震中特殊場地的影響。為探究汶川特大地震中漢源縣城出現(xiàn)了烈度異?，F(xiàn)象的原因，在對(duì)地震現(xiàn)場震害、附近地形地貌詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合收集到場地資料，根據(jù)