场地地震反应分析方法的分析-岩土工程专业论文.docx

第一章 绪 第一章 绪 论 中国地震局工程力学研究所硕士学位论文 中国地震局工程力学研究所硕士学位论文 PAGE PAGE 13 PAGE PAGE 10 第一章 绪 论 1.1 引言 地震灾害是一种预报难度高、破坏力巨大的突发式自然灾害，近年来 发生的几次大地震都给人民的生命财产造成了巨大损失，如何有效的做到 防震减灾工作成为包括地震行业在内的全社会关注的焦点。地震预报和地 震工程是直接为社会减灾服务的重要方向。由于地震预报难度极高，地震 工程越来越受到重视，成为防震减灾工作的重要组成部分。 场地地震反应分析是地震工程的重要组成部分之一，其计算结果为工 程抗震设计提供设防依据。在工程中要选择抗震有利场地、在地震小区划 中要评论各区的地面地震动放大系数、重要工程及建造在负载场地上的结 构则需进行地震安全性评价工作。因此对现有的场地地震反应分析方法进 行剖析，分析其原理、适用条件、研究不同因素的影响就十分重要[8,9]。 地震小区划和地震安全性评价工作的开展积累了大量场地钻孔资料， 这些宝贵的资料对研究场地地震反应分析方法在各种场地结构上的适用 性具有重要意义。强震观测技术的提高使得地震动数据库得到了长足发 展，许多测井台阵得到的高质量的地震记录为本文的研究提供了坚实的基 础，是开展场地地震反应定性分析和定量研究的重要保证。 本文基于实际测井台阵以及地震小区划、地震安全性评价工作中的场 地钻孔数据资料，使用不同方法的场地地震反应分析程序进行了大量的数 值计算和分析比较。通过各种工况下不同场地地震反应分析方法之间的相 互对比，体现出各分析方法的异同，并得出不同方法的适用条件。地震反 应分析结果和实际测井台阵记录的比较分析也证明了本文的结论。 1.2 研究的目的和意义 随着我国经济迈入“十二五”高速发展时期，现代化、城市化速度 加快，城市高层、超高层建筑和重大工程项目越来越多，在工程中做到防 震抗震就显得十分重要。汶川，玉树等大地震的震害调查表明：进行了抗 震设防的建筑表现出良好的抗震性能，保护了人民生命财产的安全。这凸 显了地震工程在防震减灾方面所能发挥的作用。 工程场地既是地震波传播的载体，也是工程建筑的基础。为了确保工 程的安全性，就需要给出准确，合理的工程场地地震动参数。这就要求地 震工作者改进场地地震反应分析方法使之能够满足工程界发展的需要。 适用于工程实际的优秀的场地地震反应分析方法应该是结果可靠、原理合 理、计算简单且便于工程应用的。 本文将主要剖析当前国内外主流场地地震反应分析方法的原理，即其 基本假设、所使用的本构关系等。基于强震观测数据和地震小区划、地震 安全性评价工作中的大量实际钻孔资料，针对不同场地结构使用不同场地 震反应分析方法进行分析研究。本文的工作目的是分析不同场地地震反应 分析方法的适用条件，以便在工程应用中得到更为准确合理的结果。 可以看出，本文的研究对工程场地地震动参数的估计、重大工程与重 要建筑物的建筑选址与抗震设计、城市发展规划和地震小区划及地震安全 性评价工作有一定的工程实际意义，同时也对场地地震反应分析这一学科 领域的研究工作有一定促进作用。 1.3 研究方法及国内外有关进展 场地条件对地震震害具有重要影响作用，这已经得到了学术界的公 认。如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问 题，其中准确描述土体的应力应变关系，提出合理的土体本构关系成为解 决问题的关键。 受到当时技术水平限制，早期的地震学家在实际应用中常采用线弹性 分析来解决场地地震反应。但一些岩土工程师已经开始对土的非线性本构 进行研究和探索，基于大量试验研究成果的认识，Seed H.B. and I.M. Idriss (1970); Hardin B.O. and V.P. Drnevich (1972a,b)等认为强地震作用下产生 的土体大应变会导致非线性，而使得胡克定律不再适用，并建立了各类土 体的应力应变关系。 Idriss Seed(1968)等[36]首先提出用等效线性化方法近似考虑土体非 线性和耗能特性，该方法把土体视为粘弹性材料，在总体动力学效应大致 相当的意义上，用一个等效的剪切模量 G 和等效的阻尼比 替换所有不同 应变幅度下的剪切模量和阻尼比，将非线性问题转化为线性问题，通常由 波动分析的频域迭代完成。基于这种等效线性化的原理编制了 SHAKE 地 震反应分析计算程序，并广泛应用于工程实际。 Konder(1963) [39]、Hardin 和 Drnevich(1972) [30]给出了双曲线模型来描 绘土的动应力应变关系骨架曲线，即： τ = 式中：a、b——土的试验参数  f (γ ) = γ a + bγ  (1-1) 土体双曲线模型描述的土体的骨