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基于强震记录的土层液化识别

陈顺  
【摘要】:液化是一种常见的地震灾害,因其会导致严重的后果,所以是工程抗震中需特别关注的问题之一。我国国土面积广阔,液化灾害影响范围大,土层液化的研究也一直是工程抗震领域的主要研究课题。在地震过程中,依据强震动记录快速判别土层是否发生了液化及液化程度如何是地震实时减灾的一项主要内容。 目前,判别液化的方法主要有五种,即Miyajima方法、日本实时减灾系统采用的Suzuki方法、KostadinovYamazaki方法、基于HHT的液化判别方法和基于强震记录的频率下降法。论文首先系统地比较了五种现有的液化判别方法,介绍了每种方法中各个指标参数的计算过程,然后分析了液化场地的地震动特性并据此对现有液化判别方法进行改进,提出了两种方法:基于地表地震动的液化判别方法和基于borehole记录的液化判别方法。 基于地表地震动记录的液化判别方法针对只有地表加速度记录的情况,将获得的地震动记录用时变ARMA模型表示,并计算其瞬时频率;同时,用强度包线描述地震动的强度非平稳特性,取强度包线的上升段和下降段作为评判时段,分别计算这两段的瞬时频率的均值作为频率发生突变的初始值和最终值,将瞬时频率从初始值降到最终值的时段作为发生突变的时段,最后利用瞬时频率突变相对值的大小和突变时段长短来判断土层是否发生液化。 基于borehole记录的液化判别方法针对具有borehole(地下和地表)记录的情况,将地下(一般为基岩)记录作为系统输入,地表记录作为系统输出,土层当作系统(结构),通过输入——输出对计算土体的瞬时模态频率(自振频率),并根据自振频率的改变判断土体是否发生了液化。 论文选取多组强震动记录作为样本,对上述两种方法的可靠性进行了验证。同时,对2011年3月11日东日本大地震中获得的强震动记录进行了识别,并将识别为液化的台站标记于地图中,其分布情况与日本震后的相关调查结果吻合较好。 最后,论文分析了目前研究的不足,并对以后研究方向进行了展望。


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