基于钻井台阵数据的场地非线性效应研究

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zjcmlyj
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地震动场地效应一直是工程领域在抗震设防当中所要考虑的重点问题,而强震动下土体的非线性反应则是重点中的难点。对于地震动场地效应的研究主要采用数学统计或数值模拟等研究手段,国内外学者提出了许多场地效应的评价方法,获得了一定的实际应用。随着强震动观测技术的快速发展,与世界各地强震动记录仪的布设,近年来,强震动记录数据显著增加,为研究地震动场地效应提供了越来越丰富的现场观测数据。其中,日本Ki K-net强震动观测台阵在地表和井下同时布设高灵敏度强震动记录仪,为场地效应的研究提供了丰富的强地震动观测数据。本文利用日本Ki K-net竖向钻井台阵获取的丰富强震动加速度记录,统计分析了地表/井下反应谱放大系数随地震动强度的变化规律,论证了场地条件对地震动放大效应的非线性。首先选择满足PGA>300gal的142个台阵的强震动记录,对不同台阵的地震记录进行不同地震动水平分组;其次计算了所有台阵地表/井下反应谱放大系数,对比分析了不同地震动水平下反应谱放大系数的变化特点以及与等效剪切波速的关系;最后利用具体算例的数值模拟验证了用井下强震动记录计算加速度反应谱的可靠性。论文取得以下进展:(1)通过竖向钻井台阵实测数据的统计分析,发现随着地震动强度的增加,地表/井下地震动加速度反应谱的最大值逐渐减小,可以通过下式对地表/井下地震动加速度反应谱的最大值进行预测:Csap=C0*(1.00-0.176 log10(ai/a0)±0.18)其中,Csap为峰值加速度为ai<300cm/s2(单位cm/s2)时地表/井下地震动加速度反应谱的最大值,C0为峰值加速度为(0.3 cm/s2,3 cm/s2)时地表/井下地震动加速度反应谱最大值的平均值,式中取a+0=1 cm/s2。(2)通过竖向钻井台阵实测数据的统计分析,发现随着地震动强度的增加,地表/井下地震动加速度反应谱最大值对应的周期值存在逐渐增加的趋势,但其离散性较大。可以通过下式对地表/井下地震动加速度反应谱最大值对应的周期值进行预测:Tsap=T0+0.043 log10(ai/a0)±0.03其中,Tsap为峰值加速度为ai<300cm/s2(单位cm/s2)时地表/井下地震动加速度反应谱最大值对应的周期值,T0为峰值加速度为(0.3 cm/s2,3 cm/s2)时地表/井下地震动加速度反应谱平均值最大值的对应周期值,式中取a0=1 cm/s2。(3)统计数据显示,地表/井下地震动加速度反应谱的最大值及其对应周期,与等效剪切波速Vs20和Vs30的相关性很弱,这与之前的认识不符。此现象需要详细的统计分析予以证实。(4)少量算例的数值模拟结果显示,计算基底地震反应谱与输入地震动反应谱存在区别但相差不大,故可以在一定精度内认为地表/井下地震动加速度反应谱是地表/入射地震动(自由地表地震动的1/2)加速度反应谱。
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