土體弱化與地震動(dòng)關(guān)聯(lián)性理論及相互作用規(guī)律研究.pdf

1、宏觀震害經(jīng)驗(yàn)表明，地震中軟弱場(chǎng)地、土體非線性以及可液化土層等對(duì)上部工程結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)與地下工程結(jié)構(gòu)物的破壞影響很大。而地震荷載對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響主要從慣性力和變形兩個(gè)方面考慮。對(duì)地上建筑結(jié)構(gòu)而言，慣性力起控制作用，土體非線性對(duì)慣性力的影響在抗震設(shè)計(jì)中由反應(yīng)譜體現(xiàn)，此部分由地震動(dòng)的加速度反應(yīng)譜控制；對(duì)于地基基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)而言，土體變形作用超過了慣性力的作用，此部分由地震動(dòng)中位移響應(yīng)控制。
　　 土體弱化主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是場(chǎng)地本

2、身很軟；二是強(qiáng)震下土體強(qiáng)非線性引起的土體軟化；三是地震下土層液化導(dǎo)致的土體軟化。這三個(gè)方面對(duì)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜和土層變形均有很大影響。這類問題實(shí)際上是不同類別的場(chǎng)地上地震波引起場(chǎng)地土體弱化，弱化土層又引起地表地震波的變化，屬于典型的地震波-土層弱化動(dòng)力相互作用。這種相互作用研究的關(guān)鍵是地震波與弱化土層特征關(guān)聯(lián)性的理解及相互作用規(guī)律的掌握，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其機(jī)理和規(guī)律還沒有形成完整的認(rèn)識(shí)，土體弱化與地震動(dòng)之間關(guān)聯(lián)性的量化關(guān)系研究尚少，理論基

3、礎(chǔ)較為缺乏。本論文將土體弱化（含液化）與地震動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一考慮，利用波動(dòng)理論和動(dòng)力學(xué)原理，以土體弱化和地震動(dòng)關(guān)聯(lián)性理論及相互作用規(guī)律為主題，提出簡(jiǎn)化理論模型并給出頻域和時(shí)域解答，分析討論各參數(shù)影響，利用理論解的優(yōu)勢(shì)，初步提煉土體弱化和地震動(dòng)關(guān)聯(lián)性的量化關(guān)系及相互作用規(guī)律，主要工作和成果如下：
　　 1.利用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)手段研究飽和砂土液化對(duì)地表運(yùn)動(dòng)的影響，了解場(chǎng)地液化地表運(yùn)動(dòng)規(guī)律及孔壓升高地表運(yùn)動(dòng)變化過程；掌握土層在動(dòng)荷載作

4、用下弱化損傷條件地面運(yùn)動(dòng)和變形的發(fā)展過程，提出土體弱化下土表運(yùn)動(dòng)變化特征。
　　 2.分析現(xiàn)有孔壓增長(zhǎng)模型，提出適于水平土層應(yīng)力條件的修正的孔壓增量計(jì)算模型，采用逐波循環(huán)（Cycle-by-Cycle）迭代法逐循環(huán)累積計(jì)算孔壓比發(fā)展進(jìn)程，給出隨機(jī)荷載下孔壓比增長(zhǎng)計(jì)算方法，并利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證修正模型的合理性。
　　 3.建立水平工程場(chǎng)地土體弱化下地面運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，根據(jù)穩(wěn)態(tài)波頻域解推導(dǎo)地表運(yùn)動(dòng)（加速度和位移）頻域

5、響應(yīng)的理論解答，通過參數(shù)分析討論土體弱化對(duì)地表運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響因素及規(guī)律，指出土體弱化過程和液化后地表響應(yīng)特征。
　　 4.采用土體弱化地面運(yùn)動(dòng)變化過程的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，利用Fourier 正（逆）變換方法給出動(dòng)荷載作用下地表運(yùn)動(dòng)過程描述的時(shí)域解析解答，通過數(shù)值計(jì)算，分析土體弱化對(duì)地表運(yùn)動(dòng)時(shí)程的影響規(guī)律和特征，并結(jié)合大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證時(shí)域解答的合理性。
　　 5.通過簡(jiǎn)化模型解析解分析提取出土體弱化特征量以及土體弱化引起