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近断层海底土层地震液化及侧移研究

邵广彪  
【摘要】:海底土层滑移将引起海洋平台的下沉、滑移和倾倒以及海底管线的移位、上浮等事故,因此地震作用下海底土层液化及诱发侧移是海洋工程中的一个重要问题,也是难点问题。同时,地震时大多数震害发生在断层两侧,近断层的海底土层产生滑移的危害性更大。因此本文的研究可分为相对独立又相互联系的两块内容,分别为近断层地震动峰值衰减研究和海底土层地震液化及侧移研究。前者作为工程地震研究,提出了近断层地震动峰值的衰减模型,并全部采用近断层地震数据进行回归分析,得到衰减公式,并与采用中远场数据得到的衰减规律进行对比分析,衰减研究结果可为后一问题的研究提供输入,同时可用于活动断层地区地震动参数估计和抗震设防。后者分析了海底土层地震液化及其引发滑移或侧移的机理,分别对海底土层地震液化、液化引发上覆土体滑移和地震作用下海底土层大变形侧移提出了相应的数值分析方法;通过数值计算结果与实际观测结果及相关研究进行对比,表明本文方法的可靠性,可为海洋工程选址及抗震设计提供技术支持。本文的主要研究工作和创新成果有: (1)建立了近断层地震动峰值衰减公式。提出了近断层地面运动的衰减模型;对搜集得到的近断层地震动资料按震级和断层距分组后,进行平均统计分析,确定了衰减研究所需的断层距范围;考虑场地类型,拟合得到近断层峰值加速度、速度和位移的衰减公式,由此得到随震级、断层距和震源深度衰减变化的三维曲面,并与前人的衰减规律对比分析。结果表明,采用本文模型和近断层数据得到的衰减关系式更加符合近断层地面运动的实际情况,建议在对活动断层区域进行地震危险性评价及确定重大工程抗震设防标准时,应首先考虑近断层地面运动衰减关系式。 (2)提出了海底土层地震液化数值分析方法。该方法考虑了海洋波浪荷载的影响,将其转化为海底土层初始时刻的超孔隙水压力和静力荷载,采用有效应力的非线性动力有限元方法,计算海底土振动孔隙水压力的上升过程。对渤海实际场地进行了地震液化数值模拟,计算结果与工程判别进行对比,表明本文所提出的方法考虑了波浪荷载影响,对海底土层地震液化判别更为准确。 (3)基于以上海底土层地震液化分析,提出了海底缓坡土层地震液化诱发上覆非液化层滑移的数值计算方法,该方法运用Newmark刚性滑块模型进行地震滑


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