土动力学与土工抗震工程之场地与剪切层法

土动力学与土工抗震工程1场地分析与剪切层法第九讲2基岩地基地震波土坝结构特性地基特性地震特性地基及土工结构物动力分析抗震措施安全评价第九讲场地分析与剪切层法3二、剪切层法一、场地分析地震动参数与场地条件场地类别场地分析方法基本方程等效线性化求解实例分析第九讲场地分析与剪切层法研究地基及其表面的地震动特性4放大系数β：对某一输入地震波，单自由度体系的动力反应谱加速度最大值与输入地震波最大加速度的比值影响系数α：对某一输入地震波，单自由度体系的动力反应最大惯性力与重力的比值一、场地分析1.地震动参数与场地条件第九讲场地分析与剪切层法实际应用中对地震动参数描述单自由度体系反应谱（以加速度为例）加速度反应谱SA：具有相同的阻尼比和不同自振频率的一系列单自由度体系在某一输入地震波作用下得到的最大反应加速度对自振周期的关系图SAT(s)0αT(s)0βT(s)0时程曲线：最大加速度、历时等5基岩地基地震波几何条件物理特性力学特性基本周期：均匀单层土多层土第九讲场地分析与剪切层法一、场地分析1.地震动参数与场地条件αT(s)0地基的动力反应特性（传播、放大）基岩地震波的特性场地条件设计中应全面考虑地震波特性和场地条件场地条件综合指标地面振动影响系数反应谱6αmaxαT(s)00.1Tg5Tg6.0Tg－特征周期一、场地分析在设计反应谱曲线上，影响系数开始下降的周期特征周期与地震烈度区划和场地有关，近震较短且和基本周期呈正相关第九讲场地分析与剪切层法1.地震动参数与场地条件7一、场地分析2.场地类别等效剪切波速

vse（m/s）场地类别I类II类III类IV类

vse>500∞500≥vse>250<5m>5m250≥vse>140<3m3~50m>50m

vse≤140<3m3~15m15~80m>80m等效剪切波速:第九讲场地分析与剪切层法基本周期8一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法3.场地分析方法基岩地基地震波土坝规范法

简单但粗略数值法复杂但准确9中国地震动参数区划图包括：

a）中国地震动峰值加速度区划图；b）中国地震动反应谱特征周期区划图；c）地震动反应谱特征周期调整表。

(GB18306—2001)地震动参数区划图最新抗震规范采用参数：地震动峰值加速度、地震动反应谱特征周期一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法3.场地分析方法规范法10一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法中国地震动峰值加速度区划图3.场地分析方法规范法场地条件为平坦稳定的一般（中硬）场地11一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法中国地震动反应谱特征周期区划图场地条件为平坦稳定的一般（中硬）场地3.场地分析方法规范法12特征周期分区场地类型划分坚硬中硬中软软弱1区(近震区)0.250.350.450.652区(中远震区)

0.300.400.550.753区(远震区)

0.350.450.650.90中国地震动反应谱特征周期调整表

一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法3.场地分析方法规范法13地震动峰值加速度分区(g)＜0.050.050.10.150.20.3≥0.4地震基本烈度值＜ⅥⅥⅦⅦⅧⅧ≥Ⅸ地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表

一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法与现行设计方法的衔接：3.场地分析方法规范法14基岩地基地震波基岩地基地震波地震监测站A建设场地B一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法地震波A基岩地震波地震波B3.场地分析方法数值法15剪切层法振型叠加法有限单元法适用于水平成层地基或土工结构物；线性、等价线性适用于任意地基或土工结构物；线性、非线性一、场地分析第九讲场地分析与剪切层法基岩地基地震波地震监测站A建设场地B结构简化剪切层集中质量系有限单元求解区域时域：如逐步积分法频域：利用傅立叶变换振型：叠加法3.场地分析方法数值法16二、剪切层法一、场地分析场地条件对地基动力反应的影响场地类别场地分析方法基本方程及递推公式等效线性化求解实例分析第九讲场地分析与剪切层法17基本假定:1.基本方程及递推公式基岩地基地震水平成层地基垂直向上传播的SH波土体为粘弹性第九讲场地分析与剪切层法二、剪切层法基本参数:层厚h剪切模量G阻尼系数c或阻尼比λ密度ρ18一、剪切层法水平地基分层多自由度振动体系(MDOFSystem-MultiDegreeOfFreedomSystem)第九讲场地分析与剪切层法1.基本方程及递推公式12inn+1zozozo基岩地基19一、剪切层法水平位移用表示，则动力平衡方程为τ为剪应力，沿水平层均匀分布。第九讲场地分析与剪切层法1.基本方程及递推公式12inn+1zozozoGmc假定土体为Voigt体则本构关系为基本方程：20u的时程赠变化可斥通过傅更立叶变伏换表示负为各频鸽率成分锁之和的花形式，你以上方葵程可在党频域内派求解（SHAK楚E程序）方，此时兼认为各卡频率ωs对应的被位移均叛为稳态才反应，被即一、剪切哑层法第九讲筑场地构分析与料剪切层枣法1.基本方程锁及递推公虑式12inn+1zozozo幅值－反映随责深度变化反映随赶时间变吵化为表示均简便，鹅推导过蜓程中省钢略下标s采用如掠下表达狮式：211.基本方多程及递萍推公式向下传播G*为复剪滋切模量三，表示拆地基材轧料的粘鹿弹性性加质。2λG－复剪殖切模量拖的粘性烤部分φ－应力应预变相角，G－复剪腥切模量析的弹性雹部分二、剪扔切层法第九讲帽场地分析骑与剪切层习法向上传签播12inn+1zozozo两部分的相对独塞立又相进互影响22相邻两时层(j,j+轧1)交界面奶上剪应垄力和位猾移的连衰续：可得确袄定Ej,Fj的递推炒公式为二、剪切琴层法第九讲罗场地分析坡与剪切层摇法1.基本方海程及递通推公式12inn+1zozozo23令顶层表黄面处(z=0)的地震动训振幅为U0，则U0=E1+F1又因此处扩的剪应力犬为零，故心有按递推巨公式可批由U0表示各胳土层的振幅值盛参数Ej、Fj（j=1,慨2,……矮,n+1）对基岩往层，如Un+1可由地震伸记录定出误，可得2.基本方程五及递推公计式二、剪索切层法第九讲退场地分析储与剪切层跟法12inn+1zozozo24任一Uj（如Un+1）已知，炭而Ej、Fj又均为U0的函数，揭即可解出U0，从而餐得到各单层的振涛幅值Ui对不同频钓率分量ω求得相表应的幅俩值U(ω)后，利用Four唱ier反变换，炒即可求得茶时域的幅蔽值为N为时间的凤分段数（ω的个数）二、剪切柿层法第九讲云场地分析慌与剪切层顿法1.基本方程碰及递推公辣式12inn+1zozozo25二、剪切屿层法第九讲膛场地分析傍与剪切层丘法1.基本方派程及递偶推公式方程建猎立及求说解步骤挑：动力平衡妹方程本构关外系地基分层基本方凤程解答表婚示为各频率成猫分之和幅值表示欲为入射和反射挤两部分应力表达盘式边界条件递推公晒式某层为会输入－已知求出全半部的幅值傅立叶反访变换求出位阵移等问题：该法仅店适用于稳线性计治算，而觉岩土材案料具有润非线性智，特别则是剪应拦变较大宇时具有勾强非线双性26二、剪切员层法一、场地支分析场地条件何对地基动泪力反应的章影响场地类别场地分洗析方法聋概述基本方程等效线豆性化求晌解实例分怠析第九讲长场地屠分析与隆剪切层设法272.等效线性品化求解二、剪倦切层法第九讲航场地分析重与剪切层犹法ΔE为DEC刊FD的面积C28二、剪租切层法第九讲谢场地分析闻与剪切层蹄法2.等效线跃性化求夏解所需参数:GmaxG/Gmax~γλ~γ室内试丘验现场试验经验公葡式求取方宣法:29假定G(1),λ(1)常数计算（留含应变侨时程）有效剪应规变（γeff=0.辰65γmax）计算G(2),λ(2)开始(G(2),λ(2))≈(G(1),λ(1))?结束(G(2),λ(2))→(G(1),λ(1))等效线塞性化方辜法计算引步骤YesNo二、剪望切层法第九讲复场地分析举与剪切层岛法2.等效线延性化求祥解30结果整理各层的反乎应时程曲荒线－位移育、速度的、加速谣度、应宋变、应酬力（总下、E、F）各量沿深薯度分布曲摇线－等效灵剪应变作、阻尼稼比、模好量各层的加厕速度反应糕谱－各层反膨应加速度以的SDO量F体系的反交应谱各层之数间的放笛大特性－反应谱盛的放大系辞数二、剪切锅层法第九讲版场地积分析与烘剪切层色法2.等效线性哄化求解31基于等赠效线性弃化的剪切层驾法计算此步骤确定输碰入地震片波地基分层缩慧并确定参娘数对地震波浓进行傅立柄叶变换等效线性凭化求解开始成果整理布与场地分赏析结束二、剪部切层法第九讲娃场地惕分析与荷剪切层性法2.等效线性拿化求解32基于等效胆线性化的净剪切层法捐评价优点：缺点：二、剪切揉层法第九讲完场地分析站与剪切层排法2.等效线穷性化求史解概念简单椅，容易编喇程计算应用30多年，积么累了丰富惠的经验只能应用念于水平成季层地基和SH波不能考虑贴孔压的影榴响不能考辞虑剪切企模量和锄阻尼比制随时程纪的变化33基于等滑效线性博化的剪符切层法固程序简饼介－SHA税KE族二、剪麦切层法第九讲朗场地怠分析与光剪切层叹法2.等效线手性化求浅解程序作者机构SHAKESchnabeletal.(1972）UCBerkeleySHAKE91Idress&Sun(1982)UCDavisSHAKE21Kagawa(1995)WayneStateUniv.DYNEQ吉田&末富(1995)佐藤工业(株)ProSHAKEEduProCivilSystemsInc.(1998)EduProCivilSystemsInc.EERABardetet.al.(2000)Univ.ofSouthernCalifornia34二、剪勤切层法一、场项地分析场地条件袭对地基动糠力反应的奏影响场地类别场地分析姥方法基本方程等效线铲性化求野解实例分析第九讲挖场地激分析与敏剪切层题法353.实例分析基岩粘土地震波Ip＝503.852.453.059.35单位：m二、剪惜切层法第九讲木场地分析皂与剪切层佳法离心模傅型试验36G/Gmax,λ:IPGmax:NSP颂conc跨ept二、剪切疯层法第九讲汽场地品分析与辉剪切层萌法3.实例分乌析（1）根据经者验确定非探线性参数微：37Eff桌ect锋of猎IPon柄G/GmaxEff荣ect届of砌IPon势dam趟pin誓gr差ati般o渐(Vuc酷eti妙c&授Do垮bry雀)二、剪切化层法第九讲聪场地端分析与携剪切层陷法3.实例分脊析（1）根据经括验确定非拐线性参数插：38G/Gmaxandλuse浪di太nt倚his猜st凑udyIP=50二、剪切哑层法第九讲题场地仓分析与上剪切层办法3.实例分析（1）根据经产验确定非填线性参数父：39Nor凡mal秩ize渐dS垒oil叔Pa堡ram女ete革rs(aft逝erEga厦na费nd铜Ebe蒜lin才g1擦985陈)(1)(2)(3)(4)二、剪博切层法第九讲军场地分析稿与剪切层谱法3.实例分析（1）根据鉴经验确缘瑞定非线汉性参数阔：40二、剪竟切层法第九讲逢场地分析偷与剪切层蔽法3.实例分析（1）根据签经验确粪定非线旬性参数菜：K=1码300村0kP雪an1=0.9拔0n2=0.5腐5β=0.婶34m=0.伤7241二、剪切明层法第九讲遮场地院分析与匪剪切层碌法3.实例分封析（