土层结构对场地传递函数的影响研究
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摘要
场地条件对地震动的有着显著的影响。近十年来,作为场地条件的一个重要内容的土层结构对地震动的影响受到了人们的普遍关注。由于土层的复杂性,在工程抗震研究领域,人们从不同的角度来研究土层结构对地震动的影响。本文借助于传递函数的概念研究已知基岩输入情况下,不同土层结构对地震动“放大作用”的影响,并利用放大倍数具体表述。传递函数是频域分析中的一个重要概念,它严格的数学概念是针对线性系统在已知输入和传递函数的情况下,求解系统的输出。在岩土工程抗震领域内,人们借助传递函数的概念,研究非线性系统输入和输出的关系。在给定地震动输入的情况下,研究对地震动有影响的场地条件,进而了解场地对地震动的放大作用,这一方面的研究是当前岩土工程抗震领域的重要内容之一,有重要的理论和现实意义。本文利用土层地震反应分析的等效线性化方法,借助传递函数的概念,重点研究了土层结构对输入地震动的“放大作用”这一问题,完成的主要工作如下:
1.简要总结了场地条件对地震动影响研究的国内外现状,详细介绍了土层结构对地震动影响研究的若干进展,对有关问题进行了详述和讨论。
2.介绍了传递函数概念和其在岩土抗震研究中的应用。详细介绍了土层地震反应分析一维等效线性化方法。具体介绍了传递函数在这一方法中的具体实现,对具体的计算程序进行了详细分析和解读。
3.在课题组原有工作基础上,作者收集和整理了全国数百个工程场地的钻孔资料,对所收集的钻孔资料进行了分类整理和分析研究,从中选出了近百个具有代表性的土层剖面作为分析计算的基本模型。根据研究的需要,本文还人工构造了若干个土层剖面作为计算模型。本文对模型选取和构造的原则、方法做了规定,并介绍了计算参数选取的原则。
4.本文利用土层地震反应分析一维等效线性化的方法,计算了不同土层结构条件下,若干土层剖面的输出结果。在土层结构方面重点考虑了软弱夹层的厚度、位置和总覆盖层的厚度对地震动输出结果的影响,对计算结果进行了系统的分析,得到了一些有意义的结论。
5.本文还对利用场地的传递函数来估计场地卓越周期,进行了初步的讨论。
众所周知,工程场地是一个复杂的系统,地震波在这一复杂系统内的传播以及响应是一个极其复杂的科学问题。自上世纪初以来,人们对这一复杂问题的探索一直没有间断,并且得到了一重要价值的研究成果。相信,这一领域的研究还将收到岩土工程界的广泛关注。本文只是初步探索了土层结构对传递函数某些特征值的影响,由于水平所限,缺点和错误在所难免,敬请各位赐教。
As an important content, people have been concerned about the influence of soil layer structure to ground motion, especially for site condition. The effects are studied from different direction in anti-seismic engineering because of the complexity of the soil layer. The amplification effect to ground motion due to different soil structure recurs to the concept of transform function under given input, and be described by amplification. The transform function is an important concept which to given input in frequency analysis and calculate the output of the system. Non-linear system input and output relationship is studied by using transform function in the geotechnical earthquake engineering field. In order to study the amplification of ground motion is studied through the effect of site condition and the given ground motion. The research is a very important part of the geotechnical earthquake engineering field and has important academic and practical meaning. The problem of ground motion due to soil structure is studied by using the equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction and the transform function concept, the main content including:
1. State-of-art for effect of ground motion caused by site condition are summarized in this paper, some research progress are introduced and discussed for ground motion caused by soil structure in detail.
2. Concept and application for research of geotechnical earthquake engineering of transform function is introduced here. One-dimensional equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction is also introduced and transform function is realized as well. Detailed analysis and reading to the concrete calculation procedure are carried on.
3. About one hundred soil layer sections are selected to classify and study for calculating models from hundreds of drill materials based on the intrinsic working. The principle and method of selection and construction of calculation model and parameters are introduced and several manual soil layer section calculation models are constructed based on the need of research,
4. Different soil layer structures which considering mainly the thickness、position and over layer thickness of soft intercalation are computed by using the one-dimensional equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction. The computing results are analyzed systemic, some significative conclusions are got.
5. This paper returns to estimate and discuss dominate period of site using transform function.
Know to all, the engineering site is a complicated system. Transmit and response of the earthquake wave in the complicated system is a very complicated scientific problem. From last century, people study this problem at all times and obtain many important research results. The research will be come in for extensive attention. The effect of transform function for the soil layer structure is studied in this paper.
1.简要总结了场地条件对地震动影响研究的国内外现状,详细介绍了土层结构对地震动影响研究的若干进展,对有关问题进行了详述和讨论。
2.介绍了传递函数概念和其在岩土抗震研究中的应用。详细介绍了土层地震反应分析一维等效线性化方法。具体介绍了传递函数在这一方法中的具体实现,对具体的计算程序进行了详细分析和解读。
3.在课题组原有工作基础上,作者收集和整理了全国数百个工程场地的钻孔资料,对所收集的钻孔资料进行了分类整理和分析研究,从中选出了近百个具有代表性的土层剖面作为分析计算的基本模型。根据研究的需要,本文还人工构造了若干个土层剖面作为计算模型。本文对模型选取和构造的原则、方法做了规定,并介绍了计算参数选取的原则。
4.本文利用土层地震反应分析一维等效线性化的方法,计算了不同土层结构条件下,若干土层剖面的输出结果。在土层结构方面重点考虑了软弱夹层的厚度、位置和总覆盖层的厚度对地震动输出结果的影响,对计算结果进行了系统的分析,得到了一些有意义的结论。
5.本文还对利用场地的传递函数来估计场地卓越周期,进行了初步的讨论。
众所周知,工程场地是一个复杂的系统,地震波在这一复杂系统内的传播以及响应是一个极其复杂的科学问题。自上世纪初以来,人们对这一复杂问题的探索一直没有间断,并且得到了一重要价值的研究成果。相信,这一领域的研究还将收到岩土工程界的广泛关注。本文只是初步探索了土层结构对传递函数某些特征值的影响,由于水平所限,缺点和错误在所难免,敬请各位赐教。
As an important content, people have been concerned about the influence of soil layer structure to ground motion, especially for site condition. The effects are studied from different direction in anti-seismic engineering because of the complexity of the soil layer. The amplification effect to ground motion due to different soil structure recurs to the concept of transform function under given input, and be described by amplification. The transform function is an important concept which to given input in frequency analysis and calculate the output of the system. Non-linear system input and output relationship is studied by using transform function in the geotechnical earthquake engineering field. In order to study the amplification of ground motion is studied through the effect of site condition and the given ground motion. The research is a very important part of the geotechnical earthquake engineering field and has important academic and practical meaning. The problem of ground motion due to soil structure is studied by using the equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction and the transform function concept, the main content including:
1. State-of-art for effect of ground motion caused by site condition are summarized in this paper, some research progress are introduced and discussed for ground motion caused by soil structure in detail.
2. Concept and application for research of geotechnical earthquake engineering of transform function is introduced here. One-dimensional equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction is also introduced and transform function is realized as well. Detailed analysis and reading to the concrete calculation procedure are carried on.
3. About one hundred soil layer sections are selected to classify and study for calculating models from hundreds of drill materials based on the intrinsic working. The principle and method of selection and construction of calculation model and parameters are introduced and several manual soil layer section calculation models are constructed based on the need of research,
4. Different soil layer structures which considering mainly the thickness、position and over layer thickness of soft intercalation are computed by using the one-dimensional equivalent linearization method to soil layer earthquake reaction. The computing results are analyzed systemic, some significative conclusions are got.
5. This paper returns to estimate and discuss dominate period of site using transform function.
Know to all, the engineering site is a complicated system. Transmit and response of the earthquake wave in the complicated system is a very complicated scientific problem. From last century, people study this problem at all times and obtain many important research results. The research will be come in for extensive attention. The effect of transform function for the soil layer structure is studied in this paper.
引文
[1]胡聿贤,地震工程学(第二版)[M],地震出版社,2006.
[2]薄景山,场地条件对地震动影响研究的若干进展[J],世界地震工程,2003,19(2):11-15.
[3]中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)[M],中国建筑工业出版社,2001.
[4]窦立军、杨柏坡,场地条件对传递函数的影响[J],建筑科学,2001.6,17(3).
[5]丁海平、金星,土层地震反应传递函数的模拟[J],世界地震工程,2000.12,16(4).
[6]窦立军,场地传递函数幅值谱的模拟计算[J],长春工程学院学报(自然科学版),2001,2(1).
[7]王松涛、陈向东、魏钢、赵均,超软弱土层对场地地震反应的影响[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994,p:1-85.
[8]刘曾武,考虑软弱夹层的影响对设计地震反应谱修正的简易方法[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994:1-91.
[9]钱胜国,软土夹层地基场地土层地震反应特性的研究[J],工程抗震,1994(1):32-36.
[10]周锡元,土质条件对建筑物所受地震荷载的影响[J],中国科学院工程力学研究所地震工程研究报告集(第二集),科学出版社,1965.
[11]胡聿贤、孙平善、章在墉等,场地条件对震害和地震动的影响[J],地震工程与工程振动,1980,试(1):35-41.
[12]苏经宇、谭健,工程场地选择中的几个问题[J],工程抗震,1990,6.
[13]日本阪神大地震考察[M],地震出版社,1995.
[14]李秀领,土层结构对地表地震动参数影响的研究[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,2003.2.
[15]窦立军等,根据场地条件确定地震动时程的方法[J],世界地震工程,2001.6,17(2).
[16]刘增武、朱镜清、陶夏新等,场地土层的某些参数对地面振动反应的影响[J],中国科学院工程力学研究所地震工程研究报告集(四),北京,科学出版社,1981:68-77.
[17]谢君斐、石兆吉,地面运动的反演及其在震害分析中的应用[J],地震工程与工程振动,1981,1(2):9-24.
[18]苏经宇、王广军,典型土层剖面的地震反应分析[J],工程抗震,1985(4):15-21.
[19]王广军,场地条件影响和设计反应谱的若干问题[J],工程抗震,1992(3):28-32.
[20]江静贝、符圣聪、崔卫国,从两种场址的动力反应分析看设计谱的确定[J],《抗震设计规范学术讨论会论文集》,1993.
[21]陶夏新,场地评价和设计地震动参数选择[J],《抗震设计规范学术讨论会论文集》,1993.
[22]王松涛、陈向东、魏钢、赵均,超软弱土层对场地地震反应的影响[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994:1-85.
[23]薄景山、翟庆生等,基于土层结构的场地分类方法[J],地震工程与工程振动,2004.8,24(4):46-49.
[24]崔正涛,场地组合特征和设计反应谱[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,1995.
[25]贺传松、周正华、李山有,场地组合土对输入地震动的影响[J],东北地震研究,1999,15(1).
[26]周锡元,场地条件对地面运动峰值加速度的影响[J],中国建筑科学研究报告,2000.
[27]孙静,非均等固结下的动剪切模量对地面运动影响的逐步研究[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,2001.
[28]高玉峰、朱伟、费康,粘弹性模型参数对土层地震反应的影响[J],土动力学与岩土地震工程,刘汉龙编,中国建筑工业出版社,2002.4.
[29]林建生,设计地震动参数选取中有关影响因素的研究[J],现代地震工程进展,南京,2002.
[30]黄玉龙、郭迅、袁一凡等,软泥夹层对香港软土场地地震反应的影响[J],自然灾害学报,2000.9.
[31]李小军、彭青,不同类别场地地震动参数的计算分析[J],地震工程与工程振动,2001,21(1).
[32]李小军、彭青、刘文忠,设计地震动参数确定中的场地影响考虑[J],世界地震工程,2001,17(4).
[33]马成松、苏原主编,结构抗震设计[M],北京大学出版社,2006.
[34]蔡元奇、韩芳、朱以文,场地卓越周期与结构基本周期的关系研究[J],地震工程与工程震动,2004.8,24(4).
[35]童广才、刘康和,场地卓越周期的确定[J],电力勘测,2000,(6):44-46.
[36]王钟琦,地震工程选址手册[M],北京,建筑工业出版社,1994.
[37]彭远黔、路正、李雪英、高登平,场地脉动卓越周期在工程抗震中的应用[J],华北地震科学,2000.12,18(4).
[38]陶夏新等,工程场地条件评定中的地脉动研究[J],地震工程与工程振动,2001,21(4).
[39]郑柱坚,场地卓越周期的测定及其在建筑抗震设计中的应用[J],工程抗震,2000(3).
[40]刘俊杰、王家全,场地卓越周期的讨论与场地建筑的共振现象[J],广西工学院学报,2005.9,16(3).
[41]蒋维强、欧阳立胜,场地卓越周期与设计特征周期的关系研究[J],工程抗震,2004.4,(2).
[42]翟庆生,基于土层结构的场地分类方法的研究[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,2003.12.
[43]廖振鹏、李小军,地表土层地震反应的等效线性化解法[J],地震小区划—理论与实践,地震出版社,1989:141-153.
[44]胡聿贤,场地地震动参数的确定(李小军)[J],地震安全性评价技术敦程,地震出版社,1999.9:358-362.
[45]谢君斐、石兆吉,天津市震害异常的初步探讨[J],中国科学院工程力学研究所研究报告,1978.6.
[46]王志良,韩清宇,粘弹塑性土层地震反应的波动分析法[J],地震工程与工程振动,1981,1(1):117-137..
[47]江静贝、符圣聪,土层非线性地震反应分析计算NGRE程序及计算实例[J],工程抗震,1985.12:21-23.
[48]廖河山、徐植信,场地土的一维非线性地震反应分析方法[J],地震工程与工程振动,1992,12(4),p:30-39.
[49]袁晓铭,地震荷载下土的动力特性研究,“九五”国家重点科技攻关计划(子专题报告),专题编号:96-913-05-04-09,起止时间:1996-2000年,专题名称:结构震害机理及隔震新技术试验研究:30-31.
[50]薄景山、李秀领等,土层结构对地表加速度峰值的影响[J],地震工程与工程振,2003.6,23(2):35-40.
[51]薄景山、李秀领等,土层结构对反应谱平台值的影响[J],地震工程与工程振动,2003.8,23(4):29-33.
[52]薄景山、李秀领等,土层结构对反应谱特征周期的影响[J],地震工程与工程振动,2003.10,24(5):42-45.
[53]薄景山、吴兆营等,三种土层结构反应谱平台值的统计分析[J],地震工程与工程振动,2004.4,24(2):23-28.
[54]薄景山、翟庆生等,三种土层结构反应谱特征周期的统计分析[J],地震工程与工程振动,2004.6,23(3):124-129.
[55]Richter C F.Elementary Seismology[M].San-Francisco,1958.
[56]Idriss,I.M.,Response of Soft Soil Sites during earthquakes[J],Proceeding,a memorial symposium to honor Professor H.B.Seed,University of California,Bekerley,May 1990.
[57] T.J. Larkin, A computer program for seismic analysis of nonlinear horizontal soil layers, The University of Auckland, New Zealand.
[2]薄景山,场地条件对地震动影响研究的若干进展[J],世界地震工程,2003,19(2):11-15.
[3]中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)[M],中国建筑工业出版社,2001.
[4]窦立军、杨柏坡,场地条件对传递函数的影响[J],建筑科学,2001.6,17(3).
[5]丁海平、金星,土层地震反应传递函数的模拟[J],世界地震工程,2000.12,16(4).
[6]窦立军,场地传递函数幅值谱的模拟计算[J],长春工程学院学报(自然科学版),2001,2(1).
[7]王松涛、陈向东、魏钢、赵均,超软弱土层对场地地震反应的影响[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994,p:1-85.
[8]刘曾武,考虑软弱夹层的影响对设计地震反应谱修正的简易方法[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994:1-91.
[9]钱胜国,软土夹层地基场地土层地震反应特性的研究[J],工程抗震,1994(1):32-36.
[10]周锡元,土质条件对建筑物所受地震荷载的影响[J],中国科学院工程力学研究所地震工程研究报告集(第二集),科学出版社,1965.
[11]胡聿贤、孙平善、章在墉等,场地条件对震害和地震动的影响[J],地震工程与工程振动,1980,试(1):35-41.
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[17]谢君斐、石兆吉,地面运动的反演及其在震害分析中的应用[J],地震工程与工程振动,1981,1(2):9-24.
[18]苏经宇、王广军,典型土层剖面的地震反应分析[J],工程抗震,1985(4):15-21.
[19]王广军,场地条件影响和设计反应谱的若干问题[J],工程抗震,1992(3):28-32.
[20]江静贝、符圣聪、崔卫国,从两种场址的动力反应分析看设计谱的确定[J],《抗震设计规范学术讨论会论文集》,1993.
[21]陶夏新,场地评价和设计地震动参数选择[J],《抗震设计规范学术讨论会论文集》,1993.
[22]王松涛、陈向东、魏钢、赵均,超软弱土层对场地地震反应的影响[J],第四届全国地震工程会议论文,哈尔滨,1994:1-85.
[23]薄景山、翟庆生等,基于土层结构的场地分类方法[J],地震工程与工程振动,2004.8,24(4):46-49.
[24]崔正涛,场地组合特征和设计反应谱[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,1995.
[25]贺传松、周正华、李山有,场地组合土对输入地震动的影响[J],东北地震研究,1999,15(1).
[26]周锡元,场地条件对地面运动峰值加速度的影响[J],中国建筑科学研究报告,2000.
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[28]高玉峰、朱伟、费康,粘弹性模型参数对土层地震反应的影响[J],土动力学与岩土地震工程,刘汉龙编,中国建筑工业出版社,2002.4.
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[32]李小军、彭青、刘文忠,设计地震动参数确定中的场地影响考虑[J],世界地震工程,2001,17(4).
[33]马成松、苏原主编,结构抗震设计[M],北京大学出版社,2006.
[34]蔡元奇、韩芳、朱以文,场地卓越周期与结构基本周期的关系研究[J],地震工程与工程震动,2004.8,24(4).
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[36]王钟琦,地震工程选址手册[M],北京,建筑工业出版社,1994.
[37]彭远黔、路正、李雪英、高登平,场地脉动卓越周期在工程抗震中的应用[J],华北地震科学,2000.12,18(4).
[38]陶夏新等,工程场地条件评定中的地脉动研究[J],地震工程与工程振动,2001,21(4).
[39]郑柱坚,场地卓越周期的测定及其在建筑抗震设计中的应用[J],工程抗震,2000(3).
[40]刘俊杰、王家全,场地卓越周期的讨论与场地建筑的共振现象[J],广西工学院学报,2005.9,16(3).
[41]蒋维强、欧阳立胜,场地卓越周期与设计特征周期的关系研究[J],工程抗震,2004.4,(2).
[42]翟庆生,基于土层结构的场地分类方法的研究[D],中国地震局工程力学研究所,硕士学位论文,哈尔滨,2003.12.
[43]廖振鹏、李小军,地表土层地震反应的等效线性化解法[J],地震小区划—理论与实践,地震出版社,1989:141-153.
[44]胡聿贤,场地地震动参数的确定(李小军)[J],地震安全性评价技术敦程,地震出版社,1999.9:358-362.
[45]谢君斐、石兆吉,天津市震害异常的初步探讨[J],中国科学院工程力学研究所研究报告,1978.6.
[46]王志良,韩清宇,粘弹塑性土层地震反应的波动分析法[J],地震工程与工程振动,1981,1(1):117-137..
[47]江静贝、符圣聪,土层非线性地震反应分析计算NGRE程序及计算实例[J],工程抗震,1985.12:21-23.
[48]廖河山、徐植信,场地土的一维非线性地震反应分析方法[J],地震工程与工程振动,1992,12(4),p:30-39.
[49]袁晓铭,地震荷载下土的动力特性研究,“九五”国家重点科技攻关计划(子专题报告),专题编号:96-913-05-04-09,起止时间:1996-2000年,专题名称:结构震害机理及隔震新技术试验研究:30-31.
[50]薄景山、李秀领等,土层结构对地表加速度峰值的影响[J],地震工程与工程振,2003.6,23(2):35-40.
[51]薄景山、李秀领等,土层结构对反应谱平台值的影响[J],地震工程与工程振动,2003.8,23(4):29-33.
[52]薄景山、李秀领等,土层结构对反应谱特征周期的影响[J],地震工程与工程振动,2003.10,24(5):42-45.
[53]薄景山、吴兆营等,三种土层结构反应谱平台值的统计分析[J],地震工程与工程振动,2004.4,24(2):23-28.
[54]薄景山、翟庆生等,三种土层结构反应谱特征周期的统计分析[J],地震工程与工程振动,2004.6,23(3):124-129.
[55]Richter C F.Elementary Seismology[M].San-Francisco,1958.
[56]Idriss,I.M.,Response of Soft Soil Sites during earthquakes[J],Proceeding,a memorial symposium to honor Professor H.B.Seed,University of California,Bekerley,May 1990.
[57] T.J. Larkin, A computer program for seismic analysis of nonlinear horizontal soil layers, The University of Auckland, New Zealand.