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場地地震反應(yīng)與設(shè)計反應(yīng)譜 版權(quán)信息
- ISBN：9787030747020
- 條形碼：9787030747020 ; 978-7-03-074702-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
場地地震反應(yīng)與設(shè)計反應(yīng)譜 內(nèi)容簡介
本書結(jié)合作者近年來在巖土地震工程領(lǐng)域的研究成果，較為系統(tǒng)、全面地介紹了部分常用的基于地震動觀測記錄提取原位場地信息與標定設(shè)計反應(yīng)譜的方法，對比分析了各方法的特點，詳細介紹了作者在水平與豎向地震動設(shè)計反應(yīng)譜、水平與豎向場地反應(yīng)等方面取得的相關(guān)研究成果。全書從巖土工程學(xué)和地震學(xué)角度出發(fā)，圍繞兩個重要科學(xué)問題：局部場地對地震波的放大作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中地震動輸入的確定，對場地分類方法、設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)與場地系數(shù)、場地地震動力響應(yīng)特性、場地線性閾值與非線性程度等研究的諸多現(xiàn)存問題進行了探討，對相關(guān)科學(xué)研究和工程抗震設(shè)計都具有參考價值。
場地地震反應(yīng)與設(shè)計反應(yīng)譜 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 場地反應(yīng) 3
1.2.2 場地分類方法 7
1.2.3 水平地震設(shè)計反應(yīng)譜 11
1.2.4 豎向地震設(shè)計反應(yīng)譜 16
1.2.5 設(shè)計反應(yīng)譜標定方法 17
參考文獻 19
第2章 基于地震動觀測記錄提取場地信息的方法 28
2.1 固有頻率與放大作用 28
2.1.1 井上井下譜比法 28
2.1.2 水平豎向譜比法 30
2.2 地震波速 32
2.2.1 地震干涉測量法 32
2.2.2 P波震動圖法 35
2.3 模量與泊松比 38
2.4 應(yīng)變與應(yīng)力 40
2.4.1 剪切應(yīng)變與正應(yīng)變 40
2.4.2 剪切應(yīng)力與正應(yīng)力 42
2.5 模量衰減曲線 43
2.5.1 剪切模量衰減曲線 43
2.5.2 壓縮模量衰減曲線 44
2.6 本章小結(jié) 48
參考文獻 50
第3章 水平設(shè)計反應(yīng)譜 54
3.1 KiK-net概況 54
3.2 場地分類方法 54
3.3 水平地震動加速度反應(yīng)譜規(guī)準化方法 55
3.3.1 特征周期與平臺高度 56
3.3.2 動力放大系數(shù)*大值 57
3.4 本章使用的強震動觀測記錄 58
3.4.1 用于水平設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究的數(shù)據(jù) 58
3.4.2 用于場地分類方法和水平場地系數(shù)研究的數(shù)據(jù) 60
3.5 水平設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究 64
3.5.1 水平動力放大系數(shù)*大值 65
3.5.2 下降段形式 69
3.6 場地分類方法和水平場地系數(shù)研究 73
3.6.1 場地分類方法的可靠性對比 73
3.6.2 水平場地系數(shù)研究 76
3.7 本章小結(jié) 78
參考文獻 78
第4章 豎向設(shè)計反應(yīng)譜 80
4.1 豎向地震動加速度反應(yīng)譜規(guī)準化方法 80
4.1.1 差分進化算法 81
4.1.2 模擬退火算法 83
4.1.3 算法參數(shù)研究及方法對比 84
4.2 本章使用的強震動觀測記錄 88
4.3 豎向設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究 91
4.3.1 不同情況下豎向特征參數(shù)的統(tǒng)計值 91
4.3.2 豎向特征參數(shù)與矩震級和震中距的經(jīng)驗關(guān)系 103
4.4 豎向場地系數(shù)研究 108
4.5 豎向與水平特征參數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系 109
4.5.1 樣本記錄選取及相關(guān)信息 109
4.5.2 豎向與水平特征參數(shù)之間的關(guān)系 112
4.6 本章小結(jié) 115
參考文獻 116
第5章 水平線性場地反應(yīng) 118
5.1 本章使用的強震動觀測記錄 118
5.2 場地水平固有頻率特征 119
5.2.1 各向異性對固有頻率的影響 119
5.2.2 高階固有頻率與基本頻率之比隨階數(shù)的變化規(guī)律 121
5.3 場地水平基本周期特征 125
5.3.1 場地基本周期的主要影響因素 125
5.3.2 不同場地類別的基本周期分布 128
5.4 本章小結(jié) 130
參考文獻 130
第6章 豎向線性場地反應(yīng) 132
6.1 本章使用的強震動觀測記錄 132
6.2 卓越頻率離散性的定量研究 134
6.2.1 不同場地卓越頻率與基本頻率之比的概率分布 134
6.2.2 同一場地不同地震動對應(yīng)卓越頻率的離散性 135
6.3 高階固有頻率與基本頻率之比的細化分布規(guī)律 137
6.3.1 場地基本頻率的理論估計模型適用性 137
6.3.2 場地高階固有頻率與基本頻率之比隨階數(shù)的變化規(guī)律 146
6.3.3 場地高階固有頻率與基本頻率之比隨基本頻率的變化規(guī)律 147
6.4 本章小結(jié) 150
參考文獻 151
第7章 水平非線性場地反應(yīng) 153
7.1 本章使用的強震動觀測記錄 153
7.1.1 用于場地水平線性閾值研究的數(shù)據(jù) 153
7.1.2 用于場地水平非線性程度及恢復(fù)過程研究的數(shù)據(jù) 154
7.2 場地的水平線性閾值 157
7.2.1 基于地震動觀測記錄計算場地非線性指標 157
7.2.2 折線擬合模型 159
7.3 場地的水平非線性程度 165
7.4 場地水平線性閾值與非線性程度的主要影響因素 173
7.5 強震后場地水平動力特性的恢復(fù)過程 177
7.5.1 短期快速恢復(fù)過程 177
7.5.2 長期緩慢恢復(fù)過程 177
7.6 本章小結(jié) 179
參考文獻 180
第8章 豎向非線性場地反應(yīng) 182
8.1 研究數(shù)據(jù) 182
8.1.1 不使用時頻分析技術(shù)的研究數(shù)據(jù) 182
8.1.2 使用時頻分析技術(shù)的研究數(shù)據(jù) 186
8.2 場地的豎向線性閾值 187
8.3 場地的豎向非線性程度 199
8.4 場地壓縮模量比衰減下限的影響因素 201
8.5 強震后場地豎向動力特性的恢復(fù)過程 201
8.6 本章小結(jié) 203
參考文獻 204
附錄 206
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 場地反應(yīng) 3
1.2.2 場地分類方法 7
1.2.3 水平地震設(shè)計反應(yīng)譜 11
1.2.4 豎向地震設(shè)計反應(yīng)譜 16
1.2.5 設(shè)計反應(yīng)譜標定方法 17
參考文獻 19
第2章 基于地震動觀測記錄提取場地信息的方法 28
2.1 固有頻率與放大作用 28
2.1.1 井上井下譜比法 28
2.1.2 水平豎向譜比法 30
2.2 地震波速 32
2.2.1 地震干涉測量法 32
2.2.2 P波震動圖法 35
2.3 模量與泊松比 38
2.4 應(yīng)變與應(yīng)力 40
2.4.1 剪切應(yīng)變與正應(yīng)變 40
2.4.2 剪切應(yīng)力與正應(yīng)力 42
2.5 模量衰減曲線 43
2.5.1 剪切模量衰減曲線 43
2.5.2 壓縮模量衰減曲線 44
2.6 本章小結(jié) 48
參考文獻 50
第3章 水平設(shè)計反應(yīng)譜 54
3.1 KiK-net概況 54
3.2 場地分類方法 54
3.3 水平地震動加速度反應(yīng)譜規(guī)準化方法 55
3.3.1 特征周期與平臺高度 56
3.3.2 動力放大系數(shù)*大值 57
3.4 本章使用的強震動觀測記錄 58
3.4.1 用于水平設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究的數(shù)據(jù) 58
3.4.2 用于場地分類方法和水平場地系數(shù)研究的數(shù)據(jù) 60
3.5 水平設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究 64
3.5.1 水平動力放大系數(shù)*大值 65
3.5.2 下降段形式 69
3.6 場地分類方法和水平場地系數(shù)研究 73
3.6.1 場地分類方法的可靠性對比 73
3.6.2 水平場地系數(shù)研究 76
3.7 本章小結(jié) 78
參考文獻 78
第4章 豎向設(shè)計反應(yīng)譜 80
4.1 豎向地震動加速度反應(yīng)譜規(guī)準化方法 80
4.1.1 差分進化算法 81
4.1.2 模擬退火算法 83
4.1.3 算法參數(shù)研究及方法對比 84
4.2 本章使用的強震動觀測記錄 88
4.3 豎向設(shè)計反應(yīng)譜特征參數(shù)研究 91
4.3.1 不同情況下豎向特征參數(shù)的統(tǒng)計值 91
4.3.2 豎向特征參數(shù)與矩震級和震中距的經(jīng)驗關(guān)系 103
4.4 豎向場地系數(shù)研究 108
4.5 豎向與水平特征參數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系 109
4.5.1 樣本記錄選取及相關(guān)信息 109
4.5.2 豎向與水平特征參數(shù)之間的關(guān)系 112
4.6 本章小結(jié) 115
參考文獻 116
第5章 水平線性場地反應(yīng) 118
5.1 本章使用的強震動觀測記錄 118
5.2 場地水平固有頻率特征 119
5.2.1 各向異性對固有頻率的影響 119
5.2.2 高階固有頻率與基本頻率之比隨階數(shù)的變化規(guī)律 121
5.3 場地水平基本周期特征 125
5.3.1 場地基本周期的主要影響因素 125
5.3.2 不同場地類別的基本周期分布 128
5.4 本章小結(jié) 130
參考文獻 130
第6章 豎向線性場地反應(yīng) 132
6.1 本章使用的強震動觀測記錄 132
6.2 卓越頻率離散性的定量研究 134
6.2.1 不同場地卓越頻率與基本頻率之比的概率分布 134
6.2.2 同一場地不同地震動對應(yīng)卓越頻率的離散性 135
6.3 高階固有頻率與基本頻率之比的細化分布規(guī)律 137
6.3.1 場地基本頻率的理論估計模型適用性 137
6.3.2 場地高階固有頻率與基本頻率之比隨階數(shù)的變化規(guī)律 146
6.3.3 場地高階固有頻率與基本頻率之比隨基本頻率的變化規(guī)律 147
6.4 本章小結(jié) 150
參考文獻 151
第7章 水平非線性場地反應(yīng) 153
7.1 本章使用的強震動觀測記錄 153
7.1.1 用于場地水平線性閾值研究的數(shù)據(jù) 153
7.1.2 用于場地水平非線性程度及恢復(fù)過程研究的數(shù)據(jù) 154
7.2 場地的水平線性閾值 157
7.2.1 基于地震動觀測記錄計算場地非線性指標 157
7.2.2 折線擬合模型 159
7.3 場地的水平非線性程度 165
7.4 場地水平線性閾值與非線性程度的主要影響因素 173
7.5 強震后場地水平動力特性的恢復(fù)過程 177
7.5.1 短期快速恢復(fù)過程 177
7.5.2 長期緩慢恢復(fù)過程 177
7.6 本章小結(jié) 179
參考文獻 180
第8章 豎向非線性場地反應(yīng) 182
8.1 研究數(shù)據(jù) 182
8.1.1 不使用時頻分析技術(shù)的研究數(shù)據(jù) 182
8.1.2 使用時頻分析技術(shù)的研究數(shù)據(jù) 186
8.2 場地的豎向線性閾值 187
8.3 場地的豎向非線性程度 199
8.4 場地壓縮模量比衰減下限的影響因素 201
8.5 強震后場地豎向動力特性的恢復(fù)過程 201
8.6 本章小結(jié) 203
參考文獻 204
附錄 206
展開全部
場地地震反應(yīng)與設(shè)計反應(yīng)譜 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研究背景與意義 近年來，全球板塊活動日益頻繁，進入了地震活躍期，造成大量的嚴重地質(zhì)災(zāi)害和基礎(chǔ)設(shè)施破壞。我國是世界上地震災(zāi)害*嚴重的國家之一，一半國土位于地震基本烈度7度及以上區(qū)域，強震發(fā)生頻率、地震傷亡人數(shù)均居世界之首，工程抗震防災(zāi)形勢異常嚴峻。抗震防災(zāi)已經(jīng)成為保障我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇。通常來說，震害的產(chǎn)生與形成可以根據(jù)物理過程分為四個方面：震源破裂過程[1，2]、地震波由震源經(jīng)地殼傳播至近地表局部場地的過程(又稱傳播路徑效應(yīng))[3，4]、局部場地對地震動的響應(yīng)性質(zhì)(又稱局部場地效應(yīng)或場地反應(yīng))[5，6]、地表地震動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用(又稱地震作用)[7，8]。本書內(nèi)容主要側(cè)重后兩個方面，即場地反應(yīng)與地震作用。 震害調(diào)查和相關(guān)研究表明，局部場地條件對地震動特性和建筑物的震害有顯著影響[9-11]。通常來說，薄土層硬場地上自振周期短的剛性結(jié)構(gòu)震害更嚴重，厚土層軟場地上自振周期長的柔性結(jié)構(gòu)震害更嚴重。這主要是由地表土層的共振作用和近地表土層波阻抗的降低引起的[12-14]。因此，場地反應(yīng)的評估是場地震害分析和預(yù)測中有待解決的關(guān)鍵問題，對建筑物選址及抗震設(shè)防具有重要的工程價值。 場地反應(yīng)的研究方法主要分為基于場地反應(yīng)理論的數(shù)值方法和基于地震動觀測記錄的經(jīng)驗方法。基于場地反應(yīng)理論的數(shù)值方法已經(jīng)被廣泛地運用在缺乏地震動觀測記錄的地區(qū)，并取得了一些對工程實踐有指導(dǎo)意義的結(jié)果。目前，由于土體動力行為的復(fù)雜性與原位土動力參數(shù)的不確定性，數(shù)值方法模擬的場地反應(yīng)與基于地震動觀測記錄的經(jīng)驗方法估計的場地反應(yīng)之間還存在較大偏差。近年來，隨著地震動觀測技術(shù)的發(fā)展，地震動觀測記錄的數(shù)量不斷增加，質(zhì)量也有顯著提高，為基于地震動觀測記錄的經(jīng)驗方法的使用創(chuàng)造了良好的條件。 場地反應(yīng)分為線性場地反應(yīng)和非線性場地反應(yīng)。在線性場地反應(yīng)階段，土體的本構(gòu)關(guān)系近似滿足線性關(guān)系，符合胡克定律，場地反應(yīng)與地震動強度沒有明顯關(guān)系。在非線性場地反應(yīng)階段，隨著地震動強度的增加，土體剛度迅速下降，阻尼比顯著增加，導(dǎo)致場地的放大作用減小，共振頻率向低頻方向移動。根據(jù)實驗室?guī)r土測試和地震動觀測記錄，巖土工程師和地震學(xué)家已經(jīng)就非線性場地反應(yīng)的存在達成了普遍的共識。然而，在針對非線性場地反應(yīng)的研究中，包括非線性場地反應(yīng)的閾值、程度及場地非線性恢復(fù)過程等方面，仍存在一些問題。 在早期的非線性場地研究中，研究者根據(jù)大地震中主震和余震場地反應(yīng)的對比結(jié)果，推測得到非線性場地反應(yīng)的水平峰值加速度閾值為100～200cm/s2，對應(yīng)的土體應(yīng)變?yōu)?0–5～10–4[15，16]。然而，非線性場地反應(yīng)研究不僅在于確定非線性反應(yīng)的閾值，還需定量研究其隨強度變化的程度[14，17]。由于發(fā)生顯著非線性反應(yīng)的地震動觀測記錄相對匱乏，非線性場地反應(yīng)隨強度的變化規(guī)律一直是地震工程領(lǐng)域中未解決的難題。除此之外，在遭受高強度地震動后，場地的動力特性會劇烈變化，之后會隨著時間的推移逐漸恢復(fù)[18-22]。 根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)[23]的說明，抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)所承受的地震力實際上是由地震地面運動引起的動態(tài)作用，包括地震動加速度、速度和動位移的作用，按照《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計基本術(shù)語標準》(GB/T50083—2014)[24]的規(guī)定，它屬于間接作用，不可稱為荷載，應(yīng)稱為地震作用。目前，不同國家和地區(qū)的現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范多基于地震設(shè)計反應(yīng)譜確定結(jié)構(gòu)受到的地震作用，所以本書以地震設(shè)計反應(yīng)譜(以下簡稱設(shè)計反應(yīng)譜)為研究對象開展地震作用的研究。 地震作用分為水平地震作用和豎向地震作用。目前我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)[23]主要考慮水平地震動的影響，對豎向地震動影響的考慮多集中于重要建筑，對一般建筑，豎向地震動的影響多被忽略或簡化。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)[23]規(guī)定：抗震烈度為8度或9度的大跨度、長懸臂結(jié)構(gòu)和采用隔震設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)以及抗震烈度為9度的高層建筑才需計算豎向地震作用。然而許多震害調(diào)查與研究結(jié)果顯示，不僅是重要建筑，一些一般建筑的破壞也可能歸因于豎向地震動的影響，表明豎向地震動也是引起建筑結(jié)構(gòu)破壞的重要因素[25-29]。隨著城市的快速發(fā)展，許多大跨橋梁和超高層等重要建筑不斷興建，豎向地震動的影響在抗震設(shè)計中被越來越多考慮到，此外，對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的要求也逐漸提高，這也對豎向抗震設(shè)計提出了更高要求。這些都反映出豎向地震動研究在建筑抗震設(shè)計中的重要性[25，30，31]。 場地反應(yīng)和設(shè)計反應(yīng)譜的研究屬于地震學(xué)和工程學(xué)的交叉領(lǐng)域，涉及地震波傳播理論、地震動觀測、巖土動力學(xué)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法等。對于該問題的研究主要集中在兩個重要科學(xué)問題上：局部場地對地震波的放大作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中地震動輸入的確定。以下將圍繞這兩個科學(xué)問題，介紹相應(yīng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 場地反應(yīng) 地震動是由震源破裂、波在地殼中傳播和場地反應(yīng)三個物理過程組成的復(fù)雜系統(tǒng)的產(chǎn)物。Boore[3]將觀測的地震動傅里葉譜表示為震源效應(yīng)(S)、路徑效應(yīng)(P)、場地效應(yīng)(G)、儀器效應(yīng)(I)在頻域中的乘積，即 (1.1) 式中，為頻率；M0為地震矩；R為震源距。 如圖1.1所示，對于水平成層場地，越靠近地表，土層波阻抗越低，地震波傳播方向逐漸向豎直方向偏移[32]，可以將問題抽象為如圖1.2所示的一維場地反應(yīng)問題[33-38]，其中H為場地厚度，u為場地水平位移，z為深度。以*基本的一維單層場地水平方向上的場地反應(yīng)為例，基于場地反應(yīng)研究的傳遞函數(shù)理論[39]，該問題可以由控制方程(1.2)描述，求解控制方程可得到目標場地的傳遞函數(shù)即場地反應(yīng)。對于二維與三維場地反應(yīng)分析，多使用數(shù)值方法(如有限元法)或使用剪切梁法將問題進行降維簡化，所以一維場地反應(yīng)分析理論仍被廣泛采用[34，40-42]。特別是基于地震動觀測記錄的場地反應(yīng)研究[43，44]，由于實際場地可用一維水平成層結(jié)構(gòu)進行抽象處理，后面將基于一維場地反應(yīng)分析理論開展場地反應(yīng)研究。 圖1.1 地震動產(chǎn)生的物理過程 圖1.2 一維場地反應(yīng)地震波傳播示意圖 (1.2) 式中，G為場地剪切模量；η為場地剪切阻尼；ρ為場地密度。 譜比法是基于地震動觀測記錄的針對一維場地反應(yīng)研究的方法之一，可消除實際地震動觀測記錄中震源與傳播路徑的影響。根據(jù)是否需要參考場地，譜比法可以分為參考場地法與非參考場地法。根據(jù)參考場地的不同，參考場地法可以分為標準譜比法[45]和井上井下譜比(surface-to-borehole spectral ratio， SBSR)法[46]。標準譜比法假設(shè)基巖對地震動無放大作用，利用地表與附近露頭基巖場地處的傅里葉譜比估計場地反應(yīng)。該方法僅需地表記錄且物理含義明確，但是實際情況下研究場地附近往往沒有符合要求的露頭基巖。SBSR法以同一場地的鉆孔底部基巖作為參考場地，可以解決露頭基巖場地難以尋找的限制，但由于地表和土層交界面處會產(chǎn)生下行反射波場，并與上行波場發(fā)生相消干涉，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)虛假的共振波峰。此外，通過聯(lián)立求解類似于式(1.2)形式的方程組，Andrews[47]提出了廣義線性反演法，該方法可以同時從地震動觀測記錄中提取出震源效應(yīng)、路徑效應(yīng)和局部場地效應(yīng)。非參考場地法應(yīng)用*廣泛的是Nakamura[48]提出的水平豎向譜比(horizontal-to-vertical spectral ratio， HVSR)法。該方法可以通過地表地震動觀測記錄的水平分量與豎向分量的傅里葉幅值譜比估計場地反應(yīng)，操作簡單，被廣泛應(yīng)用[49-55]。HVSR法估計的場地基本周期與參考場地法基本一致，但是會明顯低估場地放大作用[49]，這是由于場地對豎向地震動也存在一定的放大作用[56]。此外，還有一些方法在基于地震動觀測記錄的場地反應(yīng)研究中得到了廣泛使用，如地震干涉測量法[32，57，58]、P波震動圖法[59]。 基于地震動觀測記錄的場地反應(yīng)研究可分為線性場地反應(yīng)與非線性場地反應(yīng)。對于線性場地反應(yīng)，土體動力參數(shù)基本可認為與地震動強度無關(guān)而僅取決于場地自身性質(zhì)，研究對象主要集中于場地固有頻率、卓越頻率與各自對應(yīng)的放大作用等。其中，場地各階振型對應(yīng)的頻率稱為場地固有頻率，一階振型對應(yīng)的*小固有頻率稱為場地的基本頻率，*大的場地放大作用對應(yīng)的頻率稱為場地的卓越頻率。 基于場地反應(yīng)研究的傳遞函數(shù)理論，場地的固有頻率僅與剪切波速結(jié)構(gòu)有關(guān)，Dobry等[60]提出用四倍剪切波傳播時間估計場地基本周期。對于理想單層場地模型，場地各階固有頻率與基本頻率之比隨階數(shù)呈線性關(guān)系[39]，同時由于阻尼的存在，各階固有頻率對應(yīng)的場地放大作用通常隨固有頻率階數(shù)的提高而降低。王海云[46]基于金銀島豎向巖土臺陣的弱地震動加速度時程記錄，使用考慮上行地震波場與下行反射波場的相消干涉作用的SBSR法研究了場地放大作用的相關(guān)規(guī)律，主要結(jié)論有：①場地放大作用按照振型階數(shù)不同呈現(xiàn)不同規(guī)律，同一振型對應(yīng)的規(guī)律基本相似；②水平地震動對應(yīng)的場地固有頻率(以下簡稱水平固有頻率)隨方向變化不明顯，各階水平固有頻率與基本頻率之間的比值低于對應(yīng)理論值；③水平地震動對應(yīng)的場地卓越頻率(以下簡稱水平卓越頻率)與地震動類型有關(guān)，同一場地不同地震動對應(yīng)的水平卓越頻率可能差異較大，表明水平卓越頻率難以客觀代表場地固有性質(zhì)。與之相比，水平地震動對應(yīng)的場地基本周期(以下簡稱水平基本周期)能更客觀地表征場地固有性質(zhì)[61-64]。 一些基于試驗[65-68]和地震動觀測記錄[69-73]的研究結(jié)果表明，場地在強震作用下會進入明顯的非線性階段，此時場地的土動力參數(shù)呈現(xiàn)出應(yīng)變相關(guān)性。因此，有必要研究場地處于非線性階段時各動力學(xué)參數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系，其中*重要的是場地剪切模量衰減曲線與阻尼比增長曲線，如圖1.3所示。其中G0為場地剪切模量的初始值，即場地在線性階段或小應(yīng)變條件下的對應(yīng)性質(zhì)[40，71，74，75]。研究者基于此開展了非線性場地反應(yīng)的研究，研究方法主要包括室內(nèi)試驗[43，71，76]、地震動觀測[18，40，41]和數(shù)值模擬[74，75]。 圖1.3 場地剪切模量衰減曲線與阻尼比增長曲線 非線性場地反應(yīng)研究需要確定場地的非線性閾值。Vucetic[68]基于室內(nèi)試驗估計了不同土體的剪切模量衰減曲線，并提出了兩種剪切應(yīng)變閾值：應(yīng)變線性閾值和應(yīng)變體積閾值。當(dāng)土體應(yīng)變小于應(yīng)變線性閾值時，可以認為土體處于線彈性階段，此時為線性場地反應(yīng)；當(dāng)土體應(yīng)變在應(yīng)變線性閾值與應(yīng)變體積閾值之間時，土體表現(xiàn)出一定的非線性但仍然保持彈性；當(dāng)土體應(yīng)變大于應(yīng)變體積閾值時，土體的剪切模量隨應(yīng)變快速衰減，表現(xiàn)出顯著的非線性與非彈性。土體應(yīng)變線性閾值的量級約為10–6，應(yīng)變體積閾值的量級約為10–4?[67，68]。 由于地表水平峰值加速度(peak horizontal acceleration， PHA)的概念在理論研究與工程中的應(yīng)用十分廣泛，場地線性閾值對應(yīng)的PHA(以下簡稱PHA線性閾值)同樣被廣泛應(yīng)用，但由于研究數(shù)據(jù)與方法的不同，不同研究者關(guān)于場地PHA線性閾值的研究結(jié)果的離散性較大。譜比法通過估計并對比大地震序列中主震與余震的場地反應(yīng)，基于基本頻率或卓越頻率的偏移程度確定場地PHA線性閾值，Chin等[15]和Beresnev等[16]基于此方法確定出場地PHA線性閾值的分布范圍為100～200cm/s2。然而，部分研究的結(jié)果明顯小于這個范圍，例如，Wu等[77]基于日本基巖強震觀測臺網(wǎng)(Kiban-Kyoshin strong motion observation network， KiK-net)中六個臺站的地震動觀測記錄，通過SBSR法識別出場地固有頻率的變化，得出場地PHA線性閾值的分布范圍為20～80cm/s2；Rubinstein[78]基于美國地震動觀測記錄，以場地固有頻率的偏移程度為指標提出當(dāng)?shù)卣饎覲HA達到35cm/s
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