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地脉动频谱结构与场地土动力响应研究

许建聪  
【摘要】: 本文以福建省福州市区和泉州市区场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,对福州市区和泉州市区等地进行了场地地脉动的测试,利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析,研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应的特性。研究不同地基土层构造与地脉动的频率依赖以及频率选择作用。 研究结果表明,第一,地脉动是一种具有丰富内涵的地球物理信息,它本身具有的一些优良特性,可以通过对场地的地脉动信号的频谱分析获得频率特性,由此来探讨研究区岩土的动力特性。第二,场地土对地脉动存在频率依赖以及频率选择作用。地脉动卓越周期的变化与场地土层构造密切相关,与场地工程地质条件的变化相对应。不同地基土层构造对应不同类型的频率分布。而这些频率又是与由地层内的波的重复反射产生的地基固有周期相对应。地脉动的频谱特性能够反映出场地土的构成和特性。第三,岩土层结构直接影响着场地地脉动的频谱结构特征。土层结构不同、土层刚度(值)不同,覆盖土层对地脉动源频率结构的改造程度也不一。覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因。覆盖层厚度大、有厚层的软弱夹层淤泥的场地,其整体刚度小,地脉动谱能量相当分散,频带宽,峰值频率低;覆盖层薄、土层刚度(值)大的场地,地脉动的峰值频率也大,且常呈单峰形态。第四,地脉动的频谱结构特征与场地土层剪切波速之间存在一定的对应性,可以通过地脉动测试结果推测或估算出剪切波速测试的可能数值及其场地土层的有关动力特性,或者可以通过剪切波速测试结果推测或估算出地脉动卓越周期的可能数值及其场地土层的有关动力特性,由此可以节约大量的地脉动测试或波动测试的费用,从而可以减少工程成本。第五,建立场地土覆盖层厚度、剪切波速与地脉动卓越周期之间的相关关系,有助于通过勘测场地土覆盖层厚度的结果估算场地地脉动的卓越周期,以及揭示场地土剪切波速与地脉动卓越周期的内在相关规律。 研究结果有助于深入认识地脉动特性,对推动地脉动的工程应用、对目前蓬勃发展的福建沿海地区高层建筑物抗震设防、隔震设计和有选择地选用基础结构及埋深具有重要的理论及实际意义。


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