2019 年 08 月 18 日
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研究亮點:基于KiK-net豎向臺陣數據估計用于非線性場地反應分析的土動力學參數


發布時間:2019/05/23

研究背景:

大量的震害調查和強震觀測數據表明:局部場地條件對建筑物的震害和地震動特性有著顯著的影響。究其原因,主要是由于波阻抗的降低和共振效應,近地表沉積物對地震動顯著的放大作用所致。在弱震動作用下,沉積物的應力和應變關系近似滿足線性關系,符合胡克定律。在強震動作用下,場地進入非線性反應階段,阻尼比增大,場地放大系數、剪切波速和剪切模量減小,場地固有頻率向低頻方向移動。然而,由于顯著或嚴重非線性反應的強震動觀測數據相對匱乏,土層非線性場地反應的閾值及其程度隨PGA的變化規律一直是地震工程領域中亟待解決的難題。

研究方法及結果:

王海云課題組利用日本KiK-net臺網中8個豎向臺陣的地震動記錄,使用解卷積的地震干涉測量法提取的剪切波速估計原位剪切模量比和應變等土動力參數,建立應力-應變、剪切模量比-應變關系曲線,研究土層場地非線性反應的閾值及其程度隨PGA的變化規律。主要結果如下:

1、土層非線性場地反應的應變閾值通常介于5 × 10?6~5 × 10?5,并且在應變超過1 × 10?4后,其非線性反應的程度隨著應變的增加急劇增加。

下圖為基于地震動數據估計的土層的剪切模量比曲線與Vucetic and Dobry (1991)實驗室測試數據的對比。


圖1 從地震動數據中估計的土層的剪切模量比曲線與實驗室測試數據的對比

2、土層非線性場地反應的PGA閾值(PGAtl)通常介于20~100 cm/s2,其主要受到土層的剪切波速(Vs)和塑性指數(PI)的影響(如式1和表1所示)。


表 1 不同條件下場地非線性反應的峰值加速度閾值(單位:cm/s
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3、土層非線性場地反應的程度(我們將其定義為剪切模量比的下降幅度,即1-G/G0)主要受到土層的剛度、塑性指數和PGA的影響(如式2和表2所示)。


表2. 不同條件下剪切模量比的下降幅度(單位:%)


該成果發表在歐洲地震工程協會的《Bulletin of Earthquake Engineering》期刊上。詳見Haiyun Wang, Weiping Jiang, Suyang Wang* and Yu Miao. In situ assessment of soil dynamic parameters for characterizing nonlinear seismic site response using KiK-net vertical array data. Bulletin of Earthquake Engineering, 2019, 17(5): 2331–2360. doi: 10.1007/s10518-018-00539-3. (IF=2.303,*通訊作者)