季冻区场地地震响应规律初探

摘要

我国季节性冻土分布广泛，很多地震位于季节性冻土区。1986年我国发生了德都地震震群。德都地震震群是较为少见的同时冬季和夏季均发生地震的震群，冬夏两季震害现象对比表明冻土场地地震响应研究有重要意义。冻土作为一种特殊的土类，不光具有土体典型的非线性，温度、围压的变化更导致冻土的动力学性能变化规律独特。现行《抗震设计规范(GB050010-2010)》对场地的分类和抗震设计则按照常规土进行，没有考虑冻土的影响。
　　 目前季冻区场地冻土层对地震动、加速度反应谱和工程结构影响研究成果不多，大多为定性认识。研究主要结论认为冻土层的存在会导致土体在一定程度上对地震动有减震作用，这与实际震害现象不符。现场冻土剪切波速试验基本空白，室内试验结果不多，含冰量-冻土温度-冻土层剪切波速间关系还没有成果公开发表，也没有适于冻土层实际剪应变变化范围的动剪切模量比和阻尼比可靠的成果发表，算例大多采用自行研制计算程序，方法的可靠性还有待探讨。
　　 本文采用地震工程中常用的一维土层地震反应线性化计算程序(LSSRLI-1)，按照国家规范对季冻区工程场地进行了划分，针对不同条件下的季节性冻土场地进行计算分析，研究不同工况下冻土和常温土地表地震动响应和地表加速度反应谱的差别，总结不同参数对季冻区场地地震反应的影响规律，提出对现行规范中冻土场地抗震设计的初步建议。
　　 论文主要工作和结果如下：
　　 1.采用对不同场地类别分别计算的方法，场地共分成四大类、八个亚类，对包括八种场地类型、五种不同冻土深度、五种不同冰冻程度等200多种工况进行地表响应计算，通过不同冻深和不同冻土剪切波速计算结果的对比，揭示了不同类别场地随冻深和剪切波速的地表加速度以及反应谱的变化规律。
　　 2.改变动剪切模量比-最大剪应变关系曲线上控制点数值研究冻土非线性影响，就控制点变化±2％、±4％，-6％改变情况，对八种场地类型，六种冻土动剪切模量比，两种不同冻深下96种工况进行地震动计算，对比了场地地表加速度反应谱。
　　 3.结果表明，冻土层对场地地震反应特性影响最大为一类场地和性质偏向于一类的二类场地。在场地剪切波速较大(Vs＞200m/s)且场地较薄(h＜10m)时需要考虑冻土层的影响，在其余工况下考虑冻土层对整个场地地震反应影响意义不大。
　　 4.冻土层厚度和冻土硬度（剪切波速）对地表加速度反应谱影响较大，冻土动剪切模量对反应谱影响很小，冻土的剪切波速是未来需要重点研究的课题。
　　 5.不同地震强度下冻土场地的高频放大现象仍然存在，但冬季地震峰值加速度不一定大于夏季的地震峰值加速度。
　　 6.冻土剪应变较小，受季节性冻土影响的最不利场地上冻土最大剪应变在10-4至10-6数量级上，应变范围内动三轴试验无法精确的测得冻土的动剪切模量和阻尼比，需要更精确的仪器进行测试。
　　 7.按目前规范常温土状态下场地分类计算方法，季冻区场地在一些条件下将偏于危险，需要加入冻土工况，以达到考虑最不利地震影响的目标。

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摘要

第一章 绪论

1．1 德都地震震害经验

1．2 我国季节性冻土区分布

1．3 季节性冻土研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 土层地震反应分析技术及其应用

2．1 引言

2．2 土层地震反应分析方法

2．2．1 确定性分析方法

2．2．2 不确定性分析方法

2．3 土层地震反应技术的应用

2．3．1 土动力学计算参数

2．3．2 土层地震反应分析技术在冻土场地上的应用

2．4 本章小结

第三章 场地类别及土层冻深对地震动的影响

3．1 引言

3．2 计算工况

3．3 不同场地计算结果和分析

3．3．1 一类场地计算结果及分析

3．3．2 二类场地计算结果及分析

3．3．3 三类场地计算结果及分析

3．3．4 四类场地计算结果及分析

3．4 本章小结

第四章 土层冰冻程度对地表加速度及反应谱的影响

4．1 引言

4．2 冰冻程度与剪切波速的关系

4．3 计算工况

4．4 不同场地计算结果分析

4．4．1 一类场地计算结果及分析

4．4．2 二类场地计算结果及分析

4．4．3 三类场地计算结果及分析

4．3．4 四类场地计算结果及分析

4．5 本章小结

第五章 土体非线性参数对冻土场地地表响应的影响

5．1 引言

5．2 参数选取

5．3 计算工况

5．4 计算结果及分析

5．4．1 一类场地

5．4．2 二类场地

5．4．3 三类场地

5．4．4 四类场地

5．4．5 最大剪应变响应

5．5 本章小结

第六章 不同地震强度输入下季冻土对最不利地震动的影响

6．1 引言

6．2 计算工况

6．3 计算结果分析

6．4 本章小结

第七章 结语与展望

7．1 本文的主要工作和成果

7．2 未来工作展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间参加的课题和项目

致谢