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、询剪切振层法水平志位移疑用表示鹅，则销动力弱平衡义方程腰为τ为剪艇应力尊，沿水稼平层械均匀猴分布嘉。第九翅讲赵场地将分析挂与剪论切层办法1.基本屋方程访及递民推公彼式12inn+1zozozoGmc假定屈土体抵为Vo踪蝶ig拆t体则本萄构关声系为基本湾方程营：20u的时喷程变匀化可筋通过也傅立牲叶变漆换表秃示为折各频傅率成闻分之谊和的茂形式果，以吼上方够程可精在频浙域内毯求解魂（SH化AK傲E程序过），停此时宝认为都各频胳率ωs对应径的位肤移均夹为稳愧态反枯应，且即一、挎剪切苹层法第九吧讲杆场地坏分析披与剪顿切层蝴法1.基本扯方程箭及递距推公触式12inn+1zozozo幅值－反餐映随猴深度梅变化反映享随时惰间变皇化为表玩示简歪便，锹推导跌过程赢中省错略下阴标s采用染如下夜表达瘦式：211.基本巨方程甩及递锋推公劲式向下坡传播G*为复堆剪切捷模量铸，表途示地兰基材栏料的制粘弹万性性败质。2λG－复检剪切傲模量述的粘撒性部然分φ－应毁力应榴变相睛角，G－复录剪切充模量乖的弹跟性部色分二、游剪切与层法第九毕讲散场地跪分析野与剪屋切层攀法向上显传播12inn+1zozozo两部煤分相陶对独训立又粱相互仰影响22相邻勉两层(j,狸j+趁1)交界巾面上退剪应惹力和政位移品的连忍续：可得置确定Ej,绪Fj的递证推公友式为二、榨剪切悦层法第九误讲笋场地摸分析矮与剪纹切层牌法1.基本圾方程森及递城推公趟式12inn+1zozozo23令顶传层表甘面处(z=0斯)的地腰震动仆振幅令为U0，则U0=E1+F1又因纽奉此处线的剪手应力秋为零天，故筝有按递耕推公用式可司由U0表示臂各土消层的振幅情值参析数Ej、Fj（j=毙1,针2,括……爪,n虎+1）对基哑岩层贷，如Un+们1可由宏地震斤记录内定出庆，可各得2.基本唐方程嚼及递兼推公帽式二、茫剪切透层法第九途讲纺场地梁分析捎与剪洲切层冲法12inn+1zozozo24任一Uj（如Un+洗1）已搏知，死而Ej、Fj又均惨为U0的函苹数，岁即可里解出U0，从如而得亭到各献层的幻玉振幅党值Ui对不每同频忘率分拌量ω求得众相应姑的幅送值U(ω)后，浪利用Fo劳ur伏ie股r反变夺换，权即可删求得袋时域对的幅迟值为N为时煤间的光分段何数（ω的个膛数）二、族剪切扫层法第九鉴讲被场地放分析冠与剪天切层炎法1.基本鼠方程战及递蛛推公黄式12inn+1zozozo25二、述剪切或层法第九烂讲错场地浙分析刚与剪尿切层共法1.基本把方程橡及递鸟推公盟式方程念建立嘉及求马解步宗骤：动力溪平衡傅方程本构梁关系地基旬分层基本墨方程解答老表示援为各频率乞成分坟之和幅值代表示流为入司射和反子射两脉部分应力胆表达执式边界梢条件递推体公式某层惩为输兵入－已来知求出秤全部的幅寺值傅立纹叶反误变换求出惧位移殃等问题咱：该法扮仅适摩用于汪线性范计算滤，而拒岩土忆材料棕具有眉非线斤性，库特别圆是剪组应变括较大晨时具腔有强粉非线摔性26二、陡剪切用层法一、涛场地侄分析场地菠条件写对地治基动从力反岔应的霉影响场地班类别场地度分析漏方法译概述基本素方程等效错线性音化求霞解实例知分析第九墓讲申场地摄分析堆与剪世切层爷法272.等效恢线性俩化求每解二、锯剪切气层法第九秀讲捏场地些分析谅与剪洽切层杀法ΔE为DE叮CF休D的面羞积C28二、熊剪切欧层法第九扣讲驶场地干分析殊与剪因切层席法2.等效疯线性徐化求井解所需躁参数:Gma瞒xG/吼Gma肥x~γλ~γ室内秋试验现场杂试验经验晨公式求取牌方法:29假定G(1悉),λ(1宰)常数计算歉（含垦应变忽时程苗）有效宝剪应葱变（γef恋f=0凡.6轰5γma洗x）计算G(2熊),λ(2捷)开始(G(2肠),λ(2脆))≈坝(G(1钳),λ(1细))?结束(G(2踪蝶),λ(2步))→(G(1年),λ(1偶))等效信线性宅化方炼法计咳算步搭骤Ye年sNo二、除剪切诸层法第九乐讲颤场地烘分析细与剪班切层恭法2.等效捉线性疲化求赚解30结果沉整理各层廉的反溉应时箭程曲球线－位逃移、星速度海、加摄速度详、应湾变、驾应力佣（总堡、E、F）各量督沿深陕度分摆布曲泪线－等辱效剪送应变蜡、阻论尼比齐、模效量各层佩的加虾速度哗反应坑谱－各汪层反悲应加艇速度稠的SD苏OF体系域的反攻应谱各层己之间圈的放阁大特桶性－反霉应谱馅的放态大系脾数二、劝剪切她层法第九俘讲拖场地广分析不与剪付切层趣法2.等效贡线性何化求车解31基于任等效示线性舒化的剪切崇层法浓计算委步骤确定家输入刺地震聪波地基茧分层惰并确鬼定参竞数对地刘震波狡进行病傅立狗叶变姜换等效炼线性粪化求欧解开始成果装整理蛇与场荒地分更析结束二、信剪切替层法第九苗讲芳场地便分析绒与剪欣切层俯法2.等效快线性绕化求趣解32基于告等效检线性旧化的豪剪切恰层法牧评价优点玻：缺点海：二、习剪切缸层法第九内讲愁场地掏分析比与剪校切层恶法2.等效遍线性怠化求刑解概念惊简单改，容喉易编戚程计逼算应用30多年效，积鹿累了夸丰富知的经才验只能详应用倒于水闸平成置层地谋基和SH波不能脑考虑敬孔压登的影碎响不能免考虑牙剪切疯模量券和阻种尼比弦随时险程的来变化33基于扬等效狠线性晕化的若剪切邪层法明程序译简介脆－SH文AK赚E族二、缸剪切六层法第九莲讲雅场地班分析右与剪样切层秀法2.等效蓄线性任化求工解程序作者机构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、暂剪切培层法一、言场地范分析场地辨条件匹对地斥基动灾力反农应的望影响场地授类别场地慕分析百方法基本视方程等效谎线性渠化求汪解实例失分析第九库讲梨场地炸分析食与剪帖切层邮法353.实例歇分析基岩粘土地震殿波Ip＝503.852.453.059.35单位：m二、头剪切革层法第九肠讲划场地镜分析死与剪辜切层满法离心方模型将试验36G/染Gma亚x,λ:IPGma先x:NS宵P猴co愉nc杰ep迷t二、扩剪切停层法第九枣讲亡场地蓝分析浊与剪养切层混法3.实例勿分析（1）根劈燕据经蛾验确板定非堤线性帐参数蛛：37Ef鸦fe乏ct啦o炼f瓶IPon环G祸/Gma偏xEf弱fe孔ct从o肢f泛IPon烈d奋am犁pi猜ng抽r坏at物io程(Vu旺ce随ti辆c惩&秩Do纤br居y击)二、汗剪切眯层法第九眼讲山场地撕分析深与剪老切层荐法3.实例沟分析（1）根荐据经决验确率定非卸线性吩参数益：38G/唤Gma树xan证dλus汤ed府i吃n御th拦is默s布tu打dyIP=5南0二、姓剪切恩层法第九贩讲震场地母分析唇与剪免切层良法3.实例想分析（1）根悲据经雷验确虎定非愈线性辰参数圾：39No正rm智al持iz访ed什S到oi怪l筹Pa农ra访me捷te都rs(a沟ft努erEg能an桥a字nd煌E涨be些li逆ng丢1诊98诊5)(1洽)(2揉)(3颠)(4蜂)二、沉剪切板层法第九置讲腔场地俱分析匀与剪夕切层联法3.实例脑分析（1）根叼据经常验确士定非气线性词参数壳：40二、回剪切撑层法第九逝讲辈场地绳分析势与剪坝切层诊法3.实例浙分析（1）根泛据经箩验确农定非饰线性姨参数柏：K=诞13计00煤0k误Pan1=0姻.9阅0n2=0乞.5醋5β=笑0.导34m=纷0.泄7241二、押剪切躺层法第九猛讲垃场地舒分析搜与剪拐切层棒法3.实例炮分析（1）根月据经鬼验确悠定非疫线性叔参数蓄：42二、炮剪切覆层法第