二维复杂场地土介质中阻尼的选取方法

摘要

伴随着日益加快的城市现代化进程，地震这种突发性自然灾害带来的损失也日益增加，因此，基于最大限度地减轻地震灾害带给人们的损失的目的，大力进行地震工程方面的研究显得尤为必要。大量的震害研究表明，场地条件对土层地震反应有着重大的影响。理论上而言，我们应该避免这些不利地形，然而鉴于我国的基本国情（国家人口众多，土地资源有限）的原因，现实中很难完全避免这些不利位置，所以对于复杂场地地震反应的研究显得很重要。本文根据土层地震反应相关理论研究方法，借助于日本小田原试验场地相关参数模型和强震记录，文中提出一种复杂场地中地震波的输入和土介质中阻尼的选取方法，以日本小田原试验场地为算例，进行了一维模型和二维模型地震动响应分析，并与强震记录对比。本文得到以下研究结果:
　　(1)对于地表强震记录，根据实际地形建立一维土柱模型，采用频域内的有限元方法弹性反演得到基岩基底地震动输入，并与较为常用的输入（1/2露头基岩记录）相比较，两者结果差别比较大。一定程度说明了小田原试验场地的非线性特征较为明显。
　　(2)对于地表强震记录，根据实际地形建立一维土柱模型，采用国内外通用的程序进行等效线性化反演得到基岩基底地震动输入，并与理论输入（1/2露头基岩记录）相比较，两者还是存在差别，但是效果较之于弹性反演而言理想，影响计算结果的因素很多，如模型的建立，土介质动参数的选取，计算方法等。
　　(3)在一维线性模型时域计算时，本文模型选取保持不变，土介质动力参数选取为等效线性化反演最终迭代结果，计算得出地震动响应（加速度时程曲线、加速度峰值、有效持时和加速度反应谱），并与地表测量记录相比较，结果都吻合的很好。说明这种土介质动力参数（阻尼比和剪切模量比）的选取，充分考虑到了土体的非线性特征，选取方法是行之有效的。
　　(4)在二维模型计算时，本文同时建立三个二维模型，地震波的输入分别选取为1/2露头基岩记录（理论值），小田原试验场地KS1点等效线性化反演基岩基底地震波，KS2点等效线性化反演基岩基底地震波。土介质动力参数（剪切模量比和阻尼比）输入分别为线性土体本身，两个点各自等效线性化迭代后的最终土动力参数。经过模拟计算，得出本文提出的这种二维修正线性模型相较于二维线性模型更加贴近实际记录，也说明了本文这种阻尼比选取方法的正确性以及准确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究思路和研究内容

1．4 本文的篇章结构

第二章 小田原试验场地地震波弹性反演分析

2．1 引言

2．2 地震波反演的理论计算方法

2．3 日本小田原试验场地

2．3．1 日本小田原试验场地地形地貌

2．3．2 日本小田原场地模型参数

2．4 小田原试验场地地表记录的弹性反演

2．4．1 谱比函数的确定

2．4．2 基岩底部输入波傅里叶谱的确定

2．4．3 基岩底部输入地震动的确定

2．5 对于弹性反演结果的认证

2．6 弹性反演结果与理论输入的比较

2．7 本章小结

第三章 小田原试验场地地震波等效线性化反演分析

3．1 引言

3．2 等效线性化波动方法原理简介

3．3 等效线性化模型下小田原试验场地地震动输入的确定

3．3．1 点KS1处的计算模型

3．3．2 地震波的输入

3．3．3 网格尺寸的划分

3．3．4 KS1点反演得到的地震波输入

3．3．5 等效线性化反演中KS1点的土的参数的提取

3．3．6 KS2点处的计算模型

3．3．7 地震波的输入

3．3．8 网格的划分

3．3．9 Ks2点反演得到的地震波

3．3．10 等效线性化反演中KS2点处土的参数的提取

3．4 对于等效线性化反演结果的认证

3．4．1 等效线性化反演和正演迭代后的土质参数

3．4．2 等效线性化反演结果正演计算与实际记录的比较分析

3．5 等效线性化反演结果与理论输入的比较

3．6 本章小结

第四章 小田原试验场地一维模型时域计算下的地震动响应

4．1 引言

4．2 一维土层地震反应时域解

4．2．1 时域运动方程

4．2．2 Rayleigh阻尼

4．2．3 时域数值积分方法

4．3 日本小田原试验场地一维模型时域计算下的地震动响应

4．3．1 孔点KS1处的计算模型

4．3．2 地震波的输入

4．3．3 网格尺寸的划分

4．3．4 点KS1处一维线性时域方法计算的结果

4．3．5 点KS2处的计算模型

4．3．6 地震波的输入

4．3．7 网格的划分

4．3．8 点KS2处一维线性时域方法计算的结果

4．4 计算结果对比与分析

4．5 本章小结

第五章 小田原试验场地二维模型地震动响应分析

5．1 引言

5．2 计算方法

5．3 计算模型和地震波的输入

5．4 网格尺寸的划分

5．5 计算结果与分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 工作展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简介

攻读硕士期间论文发表情况