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    軟弱土層對(duì)場地地震反應(yīng)的影響分析

    2013-11-15 03:07:28田守岐
    中國科技信息 2013年16期
    關(guān)鍵詞:震動(dòng)土層峰值

    田守岐

    中油遼河工程有限公司,遼寧 盤錦 124010

    軟弱土層對(duì)場地地震反應(yīng)的影響分析

    田守岐

    中油遼河工程有限公司,遼寧 盤錦 124010

    目的 研究軟弱土層不同排列方式、在土層結(jié)構(gòu)中的位置及其厚度變化對(duì)地表加速度反應(yīng)譜的影響.方法 應(yīng)用一維波動(dòng)理論等效線性化分析方法。結(jié)果 求出了含軟弱土層的不同土層結(jié)構(gòu)在地震作用下地表加速度反應(yīng)譜,分析了反應(yīng)譜加速度峰值及特征周期Tg的變化趨勢(shì)。結(jié)論 同樣都是Ⅲ類場地情況下,軟弱土層的存在使地表地震動(dòng)參數(shù)值與不含軟土層的場地得到的值相比有很大變化,軟弱土層在土層結(jié)構(gòu)中的位置不同地震動(dòng)參數(shù)值的差異也很大。

    軟弱土層;土層結(jié)構(gòu);反應(yīng)譜;特征周期

    引言

    現(xiàn)有的土層地震反應(yīng)分析方法有波動(dòng)法、集中質(zhì)量法等。本文計(jì)算所使用的是目前我國地震安全性評(píng)價(jià)和地震小區(qū)劃研究工作中廣泛采用的一位波動(dòng)理論等效線性化解法。多數(shù)情況下,工程場地土層的力學(xué)性質(zhì)在橫向的變化較之沿深度的變化為小,在估算土層地震反應(yīng)時(shí)通常先予考慮土體和巖石力學(xué)性質(zhì)沿深度的變化;同時(shí),通常在計(jì)算地震反應(yīng)時(shí)假定地震輸入是豎直向上的剪切波,因此,土層地震反映問題通常簡化為一維波動(dòng)問題。

    1 輸入地震波的選擇

    圖1 天津波加速度時(shí)程曲線

    選真實(shí)地震記錄天津波104.3gal(圖1)作為由基巖向上入射的地震波,選擇Ⅲ類場地作為研究對(duì)象。所有計(jì)算土層結(jié)構(gòu)均為13層,場地覆蓋層厚度取110m。文中軟弱土層指剪切波速小于140m/s的土層。土層結(jié)構(gòu)按軟弱土層的不同位置劃分為在底部、頂部和中部三種情況,其確定方法為:底部為倒數(shù)第二、三層,頂部為第一、二層,中部為底部和頂部之間的其他各層。構(gòu)造不含軟弱土層的正常剖面時(shí),只將其中軟弱土層換為非軟弱土層。調(diào)整軟土夾層埋深及其厚度的同時(shí)保證場地的類別不變。

    對(duì)于彈性均勻介質(zhì)半無限空間問題,地震動(dòng)場在自由表面處的值為入射波場值的二倍,基于這一理論結(jié)果對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行近似處理,規(guī)定地震輸入界面處的地震波應(yīng)按自由基巖地震動(dòng)時(shí)程幅值的50%輸入。

    2 數(shù)值計(jì)算分析

    依據(jù)《工程場地地震安全性評(píng)價(jià)工作規(guī)范》(DB 001-94),取各土層動(dòng)剪切模量比G/Gmax與阻尼比 隨剪應(yīng)變 的變化關(guān)系。

    利用一維等效線性化波動(dòng)理論方法計(jì)算了不同場地剖面在不同地震動(dòng)輸入下地表加速度峰值和速度峰值,并采用雙參數(shù)標(biāo)定設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的方法確定了加速度反應(yīng)譜擬合譜的特征周期。

    2.1 軟弱土層埋深對(duì)反應(yīng)譜的影響

    選取厚度為2.1m、6.6m及8.1m的軟土層,剪切波速值為97.5m/s,密度值為1.63t/m3,并分別計(jì)算三種厚度軟土層居于土層結(jié)構(gòu)的不同位置時(shí)的地表加速度反應(yīng),分析其對(duì)地表峰值加速度及特征周期的影響。圖中D表示軟弱土層的埋置深度,hr表示軟弱土層的厚度。

    圖2 Tg隨軟弱土層埋深的變化曲線

    圖3 隨軟弱土層埋深的變化曲線

    由圖2、圖3可知:

    (1) Tg值隨著軟弱土層埋置深度的增加變化比較復(fù)雜,總體隨著埋深增加Tg值有所增大。當(dāng)埋深小于8m的時(shí)候增大的趨勢(shì)較明顯,隨后有一個(gè)逐漸減小的過程,埋深達(dá)到60m 的時(shí)候又開始逐漸增加,8.1m厚的軟夾層Tg值變化比其他兩種明顯;

    (2) 地表峰值加速度amax隨著軟夾層的埋深有著明顯的減小趨勢(shì),只有在8m~15m之間有微小的增加,形成一個(gè)臺(tái)階轉(zhuǎn)折。埋深小于8m的時(shí)候減小趨勢(shì)最明顯,大于15m時(shí)減小趨勢(shì)相對(duì)較小。

    2.2 軟弱表層對(duì)反應(yīng)譜的影響

    軟弱表層取剪切波速為97.5m/s,密度值為1.63t/m3,厚度由0.1m~10.1m變化,按照淤泥質(zhì)土計(jì)算。與其對(duì)應(yīng)的正常土層剪切波速為187.5m/s,密度值為1.85t/m3,按照表土計(jì)算,其他土層結(jié)構(gòu)及參數(shù)保持一致。

    圖4 Tg隨軟表土層厚度變化曲線

    圖5 隨軟表土層厚度變化曲線

    由圖4、圖5可以得出以下結(jié)論:

    (1) 含軟表土層的反應(yīng)譜特征周期Tg值與不含軟表層的Tg相比有明顯減小,軟弱表層厚度1.6m~2.6m之間時(shí)Tg達(dá)到最低,約0.375s,之后隨著厚度增加Tg值逐漸增大,當(dāng)達(dá)到7.6m時(shí)Tg值趨于平衡約0.625s。

    (2) 含軟表土層的地表峰值加速度amax與不含軟表層的場地地表峰值加速度相比有明顯增大,增大倍數(shù)約為1.6~1.8,由此可見軟弱表層會(huì)對(duì)地震地面作用產(chǎn)生放大的影響;hr小于2.6m時(shí)amax隨著軟表土層厚度的增加而增大,0.1m~1.6m之間增大明顯,1.6m~2.6m為最大區(qū)域;hr在2.6m~6.0m時(shí)amax隨著hr的增加而減小,之后趨于平緩約135gal。

    3 結(jié)語

    雖然場地類別一致,但由于軟弱夾層的存在,地震作用及地震動(dòng)參數(shù)都可能有很大的變化,因而在場地類別劃分時(shí)考慮軟弱土層的影響是很必要的,本文研究得到的初步成果能夠?qū)龅仡悇e劃分的方法及地震動(dòng)參數(shù)的確定方法起到一些借鑒作用。

    本文著重研究了不同情況下軟弱土層對(duì)地震反應(yīng)的影響,得到主要結(jié)論有以下幾點(diǎn):

    (1) 對(duì)反應(yīng)譜特征周期Tg的影響

    同樣厚度的軟弱土層的埋深對(duì)Tg影響不是很大,總體有隨埋深增加的趨勢(shì)。同樣都是Ⅲ類場地情況下,軟弱土層的存在使Tg值與不含軟土層的場地得到的值相比有很大變化,軟弱土層在土層結(jié)構(gòu)中的位置不同Tg值的差異也很大。處于場地表面時(shí)Tg值與正常相比明顯減小,最大差達(dá)到0.3s;處于土層結(jié)構(gòu)20m時(shí),Tg值隨著軟弱土層厚度的增加而增大;處于基巖表面時(shí),Tg值明顯大于正常場地剖面計(jì)算的結(jié)果。

    (2) 對(duì)地表峰值加速度的影響

    軟弱土層埋置深度越深,地表峰值加速度越大。同樣都是Ⅲ類場地情況下,當(dāng)軟弱土層處于地表和埋深20m處時(shí),地表峰值加速度都比正常場地計(jì)算結(jié)果大,對(duì)地震影響起到放大的作用;軟弱土層處于基巖頂面時(shí),地表峰值加速度與正常場地計(jì)算結(jié)果相比要小,能夠使地震作用削弱,當(dāng)厚度達(dá)到一定值時(shí)可以起到隔震的作用。

    10.3969/j.issn.1001-8972.2013.16.006

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