研究地震效应的层间的土层在银川冲积平原

文摘

本文提出一种数值分析两种类型的代表网站的资料在地震荷载下的银川平原。基于钻孔分析土壤资料,调查执行多年来,用于探索地震响应的网站在这一领域。总共十一层状土壤模型被用在这项研究中,可以分为两类:一个层间的土壤模型和多个夹层之间的模型。一维等效线性化方法应用于评估不同的土壤模型下的地震响应四个超过概率的峰值地面加速度(PGA)、地面峰值速度(震动),峰值地面位移(PGD)和加速度谱(年代a)。结果表明,明显的放大效应PGA地震发生在罕见,极为罕见,放大比率1.4∼1.7当单一粉质粘土层位于地面模型。在这个场景中,谱加速度放大在一段约1.0秒。多层土的情况下,放大效应往往会减少,而与越来越多的土壤特征时间增加层和地面加速度是deamplified高运动强度下土壤层次的数量≥5。这项研究中,在某种程度上,这个地区地震microzonation有现实的参考价值。

1。介绍

银川冲积平原位于黄河流域的中间部分。在平原第四纪沉积物的厚度可达几千米。层间的地层结构被广泛开发100米以内在不久的表面,主要是层间的粉质粘土和细砂。另一方面,在这个平原地区活动断裂了,和强大的地震发生在历史上,如1709年Pingluo米8地震。最近,政策支持宁夏建设试验区为黄河流域的生态保护和高质量的发展,大量的基础设施、工业园区等项目都建立在银川平原。最重要的步骤之一是因此这个地区的地震风险评估和估计地面运动的振幅,以减少地震灾害。因此,研究地震影响层间的土层在银川冲积平原可以为工程抗震设计提供参考价值和防灾的银川平原。

1928年,薄熙来et al。1)意识到网站的重要性,现场条件下地震反应在分析地震破坏建筑物在1906年旧金山大地震。这个发现显示了以下地震:那就是1923年的关东大地震在日本,1967年委内瑞拉地震,1968年和1970年在菲律宾马尼拉地震,在中国1975年海城地震,1976年唐山大地震,1985年墨西哥地震和2008年汶川地震。一般来说,网站条件指的是当地的地质条件,比如上覆土层,地形,断裂带附近的表面。强烈地震观测和理论研究的发展,许多研究表明,地震效应现场土壤属性密切相关,土壤结构,上覆岩层厚度、运动强度和其他参数。从本质上讲,网站的作用条件对地震破坏是重要的放大或衰减的结果来自于地面运动的基石。近年来,近地表土壤条件对地面运动的影响受到越来越多的关注,和强震动观测表明,地表地震动放大效应更明显在中等硬度软粘土和砂土场地比坚硬的土壤条件。此外,放大效应有大量软到中等硬度的时间范围,通常在0.3∼1.1年代的范围(1]。相比之下,硬土的表面谱加速度网站显示了更高的频率范围显著放大。使用一维等效线性化方法,Bo et al。2]调查本地站点的影响条件值和峰值地震动的频谱特性。Bo et al。2]总结一些地震的最新进展的网站效果的影响,并进一步分析了不同土壤结构表面加速度反应谱特征周期的基于几种典型站点配置文件。陈和陈3)的影响进行了数值分析在软土地层的埋深和厚度在深的地面运动的网站。分析表明,与一个特殊的沉积厚度或输入地面运动,放大效应降低随着土层表面柔软的增加,峰值地面加速度的变化和放大比率达到极限厚度时并不明显。有趣的是,地面运动的衰减信号作用时可以观察到一个非常厚软土层位于地面,作为自然的阻尼器。周et al。4]表明,硬夹层的厚度也有一个明显的影响峰值地面加速度和加速度谱,和硬夹层的存在可以减少土壤非线性。尽管一些研究地震现场效果进行了从各个方面(例如,(5- - - - - -20.]),很少有报告的影响层间的地层结构地震反应在冲积平原的网站是可用的。

2。土壤模型

土壤是一种强非线性材料,地面运动是越大,非线性越强。等效线性化方法的一个主要方法来估计一个网站地震作用下的非线性特征。基本思想是将土壤作为一种粘弹性材料;整体动力学有大约相同的效果,用一个等效剪切模量和等效阻尼系数在不同应变振幅;剪切模和阻尼比率所取代,非线性问题成为一个线性问题,通常通过分析波动在频域或时域迭代完成时。从本质上讲,等效线性化方法仍然是一个线性的方法,模拟了非线性本构的历史土壤,只有“等效线性”机制。然而,等效线性化方法仍是当前主流的动态分析。这个方法有许多实验结果,它的形式比较直观和简单,它积累了工程经验(21]。考虑上述原因及其一致性与现有代码和工程应用中,该方法仍然是用来计算土层地震反应的影响。该方法物理意义,需要更少的土壤参数。它只需要土壤密度,横波速度,剪切刚度退化曲线和阻尼与增加剪切压力积聚。这些参数是通过实验室测试和现场调查,确定表中列出1和2。

在研究区,大量的钻孔的调查已经进行了不同的目的;因此,土壤从文献收集的概要文件和报告。基于可用的土壤资料,可以组织这些资料分为两类:一个层间的土壤模型和多个夹层之间的模型。考虑不同位置和数量的粉质粘土层、十一层状土壤模型被用在这项研究中,如图1。

3所示。输入地震荷载

由于缺乏强烈地震数据在这个领域,这个计算中使用的合成方法。本项目采用概率地震危险性分析方法国家标准规定的“工程地震安全性评价涉及的网站”(GB 17741 - 2005)。具体步骤如下:(1)区域和近场区域地震活动的基础上,区域和近场区域地震构造的背景、地震带和各地震带的地震趋势估计在接下来的几百年里,每个地震带的潜在来源地区划定。(2)地震带的地震活动性参数和确定潜在来源地区。(3)每个站点的地震危险性分析是进行一个接一个使用选定的地震动衰减关系和地震灾害的概率分析方法。(4)在基岩加速度反应谱与不同风险水平评价的网站。

每个在基岩加速度反应谱的基础上,对应的地面运动输入是根据规定的方法合成“工程地震安全性评价涉及的网站”(GB 17741 - 2005)。具体步骤如下:(1)目标反应谱转换为相应的功率谱 在哪里功率谱;阻尼比;是目标反应谱;T是持续时间;和r超过目标反应谱的概率。(2)稳定与零均值高斯过程值生成的三角级数叠加方法: 在哪里 和最初的阶段是一个均匀分布随机变量在吗 。(3)历史的固定时间是乘非平稳的强度包络线得到的非平稳加速时间历史:

非平稳的包络函数是下面的形式: 在哪里t₁是上升的最大的一部分,t₁−t₂是固定的高峰,T是时间,c峰值的衰减系数。

八十五年目标反应谱的控制点选择0.04∼6秒内,确保目标反应谱拟合的精度在合成地震动。在合成的过程中,时间的历史合成加速度精确地满足目标的峰值加速度和接近目标加速度反应谱的逐步逼近目标光谱。

最大化的反映实际结构遭受地震作用,特定场地地面运动是必要的。摘要人工所产生的地面运动逐渐接近目标设计谱。四个地面运动振幅的生成是基于不同重现期的区域,如图2。他们对应的超越概率63%(经常发生地震),10%(通常发生地震),2%(很少发生地震)50年1%,100年(非常很少发生地震)。

4所示。结果

4.1。模型1:单一的层间的土壤模型

五个典型的配置文件与一个单一的粉质粘土层在不同的深度,如图1(模式1)。该网站配置文件和相应的土壤参数输入一维分析模型,然后分析了在不同地震载荷。峰值地面加速度的结果(PGA),地面峰值速度(震动),峰值地面位移(PGD)和谱加速度(Sa)。如图3和表3,粉质粘土与埋藏深度的清廉m(模型1 - 1)和每周m(模型1 - 5)有更明显的放大效应PGA的反应比其他模型,最大放大比率约为1.7。放大比例增加而增加运动强度,最大比例是观察50年超越概率2%的情况下。运动强度进一步增加导致减少放大比率由于粉质粘土的埋藏深度增加。此外,可以看到,粉质粘土层的位置显著影响强地面运动的PGA响应计算。通常的作用下发生地震,放大比率范围从1.29到1.32,显示一个小对加速度响应的影响。关于震动和PGD反应,放大效应也观察到。然而,这两个参数不太敏感的埋深粉质粘土由于小差异放大比率。模型1 - 1和1 - 5的基本网站频率接近一段很少发生地震的地震波(非常)很少发生地震,所以产生共振,导致地面振动的加剧和明显的放大效应。

图4比较了谱加速度5例。的作用下经常发生地震和通常发生地震,粉质粘土的埋藏深度小影响频谱振幅和形状,导致类似的光谱曲线。随着运动强度的增加,一个重要的分歧的谱加速度发生在短时间内范围。下很少发生地震,最大加速度谱出现在0.4 s模型1 - 1,而反应谱达到峰值0.2一段年代其他埋藏深度。这意味着地面软土层放大加速度在较长时间范围,和这样一个影响是增加非常很少发生地震。在这个地震类型、地面粘土的最大值出现在大约1.0 s,和“双峰”发生。这是由柔软的表层的共振引起的。一般来说,第一个峰值的振幅(约0.3秒)随粉质粘土层的埋藏深度增加。可以推测的是底部粘土层抑制高频率的波传播,但高频组件是放大在某种程度上,因为它传播从底部粘土层地面。

4.2。模型2:多个夹层之间的土壤模型

考虑不同深度的粉质粘土层和相对位置对砂层,六个典型的概要文件,如图1(模型2)。结果峰值地面加速度(PGA),地面峰值速度(震动),峰值地面位移(PGD)和谱加速度(Sa)提出了数字5和6和表4。

如图5的作用下,经常发生地震和通常发生地震,PGA放大比率的差异对不同土壤模型很小。表4显示放大系数一般在1.25和1.35之间。随着运动强度的增加,放大比率显示分歧增加不同的土壤模型。更具体地说,同样的地震输入,放大比率普遍减少,越来越多的泥土层,特别是对高强度运动。对于极其很少发生地震,当土壤层次的数量大于3,PGA放大比率小于1.0,这表明更多的软粘土层隔离地面运动在某种程度上的传播。模型1的结果相比,土壤的大量层增加了震动和PGD响应变化但仍比PGA响应相对较小。有趣的是,PGD响应随着土壤层次的数量增加而增加。这可以归因于每个粘土层中的大变形,因为较低的刚度。

主要的地面运动与土壤的厚度和土壤的剪切波速。夹层数量的增加将导致更强的地震波的反射和折射。因此,高频组件过滤掉,而丰富的长周期分量是保留。结果,自然振动周期的地震波有很大的不同,使峰值加速度的放大比率的地面似乎小于1.0。

图6提出了相应的谱加速度。同样,不同的谱加速度较小(即低运动强度。,frequently occurring earthquakes and normally occurring earthquakes), meaning that the soil structure has little influence. As motion intensities increase, a significant divergence in the spectral accelerations occurs in the low period range. The increased number of soil layers tends to decrease the acceleration response in the low period range, and the predominant period increases to a long period due to the significant stiffness degradation. This is more evident for extremely rarely occurring earthquakes. For instance, the amplitude of spectral acceleration decreases from 1300 gal in Model 2-1 to approximately 800 gal in Model 2-6 at a period of 0.3 s, and the corresponding predominant period increases from 0.3 s to approximately 1.1 s. This can be explained by the strong reflection and refraction of seismic waves in multilayered grounds, resulting in the filtering out of the high-frequency components of ground motion while amplifying the long-period components. The results of Model 1 and Model 2 both highlight that the presence of a certain number of soil layers can effectively reduce the acceleration response spectrum at high frequencies.

5。结论

分析不同土壤模型的地震响应,包括不同数量和位置的粉质粘土层。执行基于参数的分析,可以得出以下结论:(1)当粉质粘土土壤地面和底部,明显的放大效应,PGA高强度运动出现。此外,主要时间增加是由于地面粘土层的存在。重要工程设施应该避免与粉质粘土网站顶部的土层或治疗粉质粘土层。(2)随着土壤层次和运动强度增加,PGA的放大系数逐渐降低到小于1.0非常很少发生地震。衰减信号效果观察土层数量大于3在这项研究中,从而作为一个自然的阻尼器。然而,PGD显示了相反的趋势,由于大变形引起的软粘土层。(3)谱加速度影响较小的存在软弱土层的运动强度。运动强度和土壤的层数的增加,振幅高频率通常deamplified,响应谱的卓越周期变得更大。换句话说,在大地震的情况下,夹层土壤层数越大,越明显的长周期地震动放大效应。

数据可用性

本文使用的基本数据从测量数据在每个安全评价报告。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家重点研究和发展项目的中国,2017号yfc1500101;科学技术发展基金的甘肃地震机构,2021立方米;宁夏地震行政和科技创新的团队,没有。CX2019-1。

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