软土层几何特性与剪切波速对场地峰值加速度的影响震灾防御技术.PDFVIP

第 10 卷 第 4 期 震灾防御技术 Vol. 10 ，No. 4 2015 年 12 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Dec. ，2015 刘方成，武景芳，陈斌，赵成齐，2015 ．软土层几何特性与剪切波速对场地峰值加速度的影响．震灾防御技术，10 （4 ）：840—852． doi ：10.11899/zzf 软土层几何特性与剪切波速对场地 1 峰值加速度的影响 刘方成 武景芳 陈 斌 赵成齐 （湖南工业大学土木工程学院，株洲 412008 ） 摘要 软土层对场地地震动的影响一直以来是地震工程学的研究重点。本文应用一维真非线性场地反 应分析方法，对某单层匀质场地内软土层的几何特征（厚度与埋深）和剪切波速变化对地面峰值加速 度的影响进行了数值分析。研究结果表明：软土层的存在使得场地加速度幅值分布在软土层处发生突 变，随着软土层几何特性和剪切波速的不同，这种突变可能使得地面峰值加速度增大或减小；存在一 个由软土层厚度、埋深和相对剪切波速三个参数构成的临界状态面，当软土层的状态位于临界面以内 时，软土层对地面峰值加速度起放大效应，且加速度效应系数随着上述三个变量的增大表现出先增大 后减小的变化规律；当软土层位于临界面以外时，其对地面峰值加速度起衰减效应，加速度效应系数 随着上述三个变量的增大而减小。根据算例的参数分析建立了其临界面方程，并提出了估计软土层加 速度效应系数的经验公式，可为类似问题提供参考。 关键词：软弱土层 场地效应 土动力特性 场地反应分析 地面峰值加速度 引言 软夹层对场地反应的影响一直是工程地震学的研究重点。已有的地震灾害调查和场地分 析（谢君斐等，1978；钱胜国，1994；黄润秋等，2003 ；陈国兴等，2004 ；史丙新等，2010 ； 金丹丹等，2012 ；张建毅等，2013 ）均表明，软弱夹层的存在对地表地震反应存在较显著的 影响，主要表现为：①软夹层对地表加速度幅值随夹层埋深的不同起到衰减或放大的效果； ②含软弱夹层场地的地表加速度反应谱呈多峰值形状，特征周期延长。我国现行抗震规范尚 不能敏感地反映软弱土层对场地分类的影响（卢华喜等，2010 ），可能给工程结构的抗震设计 带来不确定性。为修正规范的不足，已有学者在这方面开展了前瞻性的工作，并对软土夹层 影响场地效应的机理进行了探索（薄景山等，2003a ；2003b ；2003c ；2004 ；黄玉龙等，2000 ）。 基于已有研究，本文采用能真实考虑场地土滞回阻尼特性的非线性模型进行真非线性分析， 考查了软土层几何构造（厚度和埋深）和剪切波速变化对地表加速度反应幅值的影响规律， 并基于参数分析，提出了软土层加速度效应系数的概念及其经验估计公式，为后续研究和规 1 基金项目 国家自然科学基金项目）；湖南工业大学自科基金项目（2012HZX20 、2013HZX09 ） ［收稿日期］2015-03-05 ［作者简介］刘方成，男，生于 1978 年。博士，副教授。主要从事土动力学、场地效应及土-结构动力相互作用研究。 E-mail: 455211101@ 。 4 期 刘方成等：软土层几何特性与剪切波速对场地峰值加速度的影响 841 范修订提供参考。 1 计算模型 1.1 含软弱土层场地的构造 鉴于多层土的复杂性，很难看出某一参数对地面加速度反应幅值的影响规律，本文从单 层均质场地入手探讨软弱土层的地震效应。假设有一单层匀质场地（II 类场地），覆盖层总厚 3 3 度 H=40m，场地剪切波速 ν=250m/s ，场地土质量密度 ρ=2.0×10 kg/m ，其