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不规则地震波作用下饱和砂土动力特性试验及简化算法

史海栋  
【摘要】:室内试验对地震作用的模拟通常采用Seed的简化分析法,该方法采用等效循环次数的方法将地震波等效为一种一定循环次数的均匀剪应力,进而在室内动三轴试验获得砂土抗液化剪应力的基础上,对比实际地震的剪应力与砂土的抗液化剪应力,以此来判断饱和土体是否液化。自提出以来,该方法在实际工程中获得广泛应用。近年来,在大城市周边发生的强震频发,此类地震俗称城市近场地震。研究发现,Seed等效方法源于金属疲劳问题的Palmgren-Miner累积破坏假设,将之应用于城市近场强地震动模拟带有明显的局限性,已不再合理。对此,本文根据对真实地震波输入情况下饱和砂土动力特性进行分析,探讨了Seed理论的适用性以及局限性。最后尝试将损伤累积理论中损伤曲线法应用于对不规则大脉冲地震动下土体动力变形模拟,取得了较好地模拟效果。 经过对试验成果的初步对比发现,近场地震相对于远场地震高频成分较大,峰值出现较早。经典地震动等效方法采用简谐波模拟不规则大脉冲的近场强地震动,将地震荷载过于简单化,较为粗糙,不能反映土层地震响应的实际情况,有改进的必要。且Seed等人提出的等效法则是基于大量实际地点统计结果得到,只能表示土体灾变的结果,不能描述土体灾变的过程。试验结果还表明波序对土体强度有较大影响,频率因素在本次试验对比中影响较小,可忽略不计。 在此基础上,本文结合损伤累积理论并介绍了各种损伤累积理论,认为用损伤曲线法则建立不规则波作用下的损伤累积模型可以较好地模拟地震动下土体动力特性。编制损伤累积模型的MATLAB程序,并将程序计算的不规则正弦波的应变累积与试验结果对比,验证了计算方法的正确性。最后采用基于雨流法的不规则波形简化方法,并编制MATLAB程序实现不规则波形的简化,得出简化后由一系列正弦荷载组成的波形。将简化后的随机波用累积法则计算的结果与试验结果对比,验证其正确性。


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