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液化土层地震动和场地液化识别方法研究

孙锐  
【摘要】: 砂土液化是国际上普遍关注的重要问题,我国以往地震液化现象严重,未来灾害威胁很大,其研究一直是工程抗震的前沿课题。 本文以液化土层中的地震动(含加速度和位移)为主线研究三方面问题。前两个分别是液化土层对惯性力传递(加速度)及地表位移的影响,是从土层作为上部结构的振动输入媒介及地下结构的变形控制根源的双重角度出发进行研究,属于正演问题。第三个是利用地震记录识别场地液化方法研究,属于液化土层地震动反演问题。 本文对国内相关研究进行了系统总结和深入分析,指出了主要缺陷。在此基础上,采用震害调查、实验和数值模拟相对照的方式,对其中关键问题进行了研究,主要工作为: 1.通过动三轴系统试验,研究了复杂情况(真实地震荷载作用、非均等固结)下饱和砂土孔压增长模式和规律,提出了一个偏压固结下饱和砂土孔压增量模型和增量型计算公式,建立了不规则动荷载的饱和砂土孔压增长时程简化计算方法,并对方法可靠性进行了验证。 2.研究了目前常用土层反应分析方法在用于液化土层地震动时程分析上的局限性,给出了一套土层反应有效应力分析方法,并将该方法与实际地震资料以及振动台实验对比,验证了所提出的数值计算方法可靠性。 3.通过地震现场记录分析、振动台实验和理论计算手段,给出了在液化条件下地表加速度反应的现象和特征,包括液化土层对设计反应谱和场地分类影响及规律,特别是液化对加速度反应谱长周期部分影响的认识,提出了液化增量谱和液化修正谱。 4.通过现场记录分析、数值模拟和振动台实验手段,研究了地震液化对地表振动位移的影响,提取了液化场地上地表位移特征,提出了液化增量位移谱和液化修正位移谱。 5.针对利用地表地震记录进行实时或快速场地液化识别理论研究工作的缺乏,探索了其物理本质,提出了以频率下降率为指标的识别场地液化的新思路,构建了可液化场地双质点体系理论模型,得到了液化引起场地水平自振频率下降率的下限值,以此建立了一套依据强震记录快速识别场地液化的新方法,并与实际资料进行了对比。


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