梯形山體的地形效應(yīng)模型研究.pdf

1、大量的國(guó)內(nèi)外震害經(jīng)驗(yàn)和研究資料表明，地形效應(yīng)對(duì)地震動(dòng)特性有重要影響，局部地形如地表凸起和小山包頂部的震害更加嚴(yán)重。地形效應(yīng)是場(chǎng)地效應(yīng)研究的一個(gè)重要方面，合理的地形效應(yīng)模型可以為修正設(shè)計(jì)反應(yīng)譜提供一個(gè)重要的科學(xué)依據(jù)。
　　研究地形效應(yīng)的方法主要有三種:(1)通過(guò)分析地形效應(yīng)強(qiáng)震記錄的經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)法;(2)通過(guò)建立簡(jiǎn)化的地形模型來(lái)研究地形效應(yīng)的解析法;(3)數(shù)值模擬法。經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)法需要大量包含地形效應(yīng)的強(qiáng)震記錄，而對(duì)大部分地區(qū)，沒(méi)有那么多有

2、用的強(qiáng)震記錄以供研究。解析法一般都是給出頻域內(nèi)的解析解，不能直接用于工程設(shè)計(jì)。
　　在多數(shù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，用阻尼比為5％的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜來(lái)確定結(jié)構(gòu)地震設(shè)計(jì)荷載，該反應(yīng)譜是一條平滑過(guò)的在譜周期上連續(xù)的分段函數(shù)。規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是根據(jù)多條地震反應(yīng)譜由統(tǒng)計(jì)的方法取平均或取包絡(luò)并通過(guò)人為調(diào)整最終得到的，盡管導(dǎo)出設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的這些地震記錄可能來(lái)源于某些陡峭的地形，但最終的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是平坦場(chǎng)地的設(shè)計(jì)譜，是不包括任何地形效應(yīng)的。通常，在山坡或山頂設(shè)計(jì)

3、結(jié)構(gòu)時(shí)，是忽略地形效應(yīng)的影響的，但對(duì)建于陡峭地形上的建筑物，這種設(shè)計(jì)方法是不合理的。
　　在本論文中，采用數(shù)值模擬方法，針對(duì)梯形山體地形，給定一系列基巖記錄輸入，得到有地形效應(yīng)影響的加速度時(shí)程，然后根據(jù)這些加速度時(shí)程對(duì)于相應(yīng)一維自由場(chǎng)的反應(yīng)譜放大比，建立一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這個(gè)反應(yīng)譜放大比的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢杂脕?lái)修正巖石場(chǎng)地的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，用修正后的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜可以為在包含地形效應(yīng)的場(chǎng)地上進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　在論文中，建立了一個(gè)中小

4、型的梯形山體地形。對(duì)于多數(shù)山體來(lái)說(shuō)，地形效應(yīng)具有方向性，橫斷面方向比山體走向方向的放大效應(yīng)更顯著。因此，可以建立二維平面應(yīng)變模型來(lái)模擬，這樣可以提高計(jì)算效率，大大減少建立模型的工作量。二維模型采用梯形截面，截面形狀三個(gè)參數(shù)就可以確定，并假設(shè)整個(gè)計(jì)算過(guò)程在彈性范圍內(nèi)。
　　已知對(duì)于一個(gè)彈性模型，反應(yīng)譜放大比還受輸入地震記錄的頻率成分影響，例如，對(duì)于同一個(gè)模型，輸入不同頻率成分的兩條基巖記錄，得到的反應(yīng)譜放大比可能會(huì)相差很大。為了考慮

5、這種因素的影響，以便回歸的模型能夠適用于不同的地震情況，選擇了大量的實(shí)測(cè)基巖記錄，這些地震記錄有不同的震級(jí)、震源距和構(gòu)造類型。而且，代表地震記錄頻率成分的兩個(gè)主要參數(shù)（地震震級(jí)和震源距）也加入到回歸方程中。
　　本文利用有限元計(jì)算程序ABAQUS進(jìn)行一條強(qiáng)震記錄下的模型計(jì)算，然后引入傳遞函數(shù)方法提高計(jì)算效率。主要研究步驟如下:
　　(1)首先建立了65個(gè)有限元模型及其對(duì)應(yīng)的一維自由場(chǎng)模型，每個(gè)模型沿山坡設(shè)置11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，計(jì)算

6、65個(gè)模型在473條實(shí)測(cè)基巖記錄水平分量下的動(dòng)力響應(yīng)。這樣最終得到了每個(gè)譜周期下（共36個(gè)譜周期）的338195組（473條地震記錄×65個(gè)模型×11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)）反應(yīng)譜放大比數(shù)據(jù)。
　　(2)采用隨機(jī)效應(yīng)模型，篩選出回歸模型參數(shù)，并且每個(gè)參數(shù)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)都是顯著的。采用隨機(jī)效應(yīng)方法，把殘差分為兩部分:模型間殘差和模型內(nèi)殘差，這樣模型參數(shù)和地震參數(shù)之間的權(quán)衡效應(yīng)可以最小化。
　　(3)采用逐個(gè)平滑模型參數(shù)的方法來(lái)平滑各個(gè)參數(shù)關(guān)于