西安地区区域性群发地裂缝的场地动力效应研究

摘要

西安地裂缝发育密集，共发现达14条，对城市的建设和发展产生严重制约。目前，西安地裂缝的成因、分布及活动规律等研究都较为成熟，但对于地裂缝场地动力响应特征及地裂缝场地抗震设防等相关研究成果较少且不系统。西安市区位于汾渭盆地，其地质构造活动非常强烈且频繁，如此密集的地裂缝群给城市带来不可估量的震害威胁，因此，对于地裂缝场地在动力作用下的响应特征亟待研究。
　　首先对西安 F4、F10、F11、F12、F13、F14地裂缝及长安临潼断裂进行了踏勘和地脉动原位测试，结合前期项目成果，共得到西安地区16条地裂缝场地测线的地脉动数据。对比分析16条测线地脉动资料，揭示了西安地裂缝场地动力响应特征，包括场地卓越频率分布特征，场地地脉动放大效应变化规律，以及场地放大效应的影响范围。其次，根据地裂缝场地工程地质条件及不同场地间地脉动响应差异，建立浐灞河冲洪积平原和黄土塬前洪湖积台地两种地貌单元的地裂缝场地数值模型。通过 OpenSees平台进行数值分析，得到了地裂缝场地在地震动作用下的地表加速度响应规律。将地脉动测试和数值模拟所得结果进行对比，得到了场地地脉动响应和地震加速度响应之间的联系和差异。最后，结合《西安地裂缝场地勘查与施工设计规程》和《建筑抗震设计规范》，提出了地裂缝场抗震设防设计基本加速度建议值。通过研究，获得了以下主要成果：
　　（1）西安地裂缝场地傅里叶谱卓越频率和反应谱卓越频率的大小均与测点到地裂缝的水平距离无明显关系：卓越频率不随测点到地裂缝水平距离的变化而规律性改变。其中傅里叶卓越频率变化范围为2.54~3.95Hz，主要集中于3.05Hz左右；反应谱卓越频率集中于4.35Hz左右，高于傅里叶谱卓越频率。
　　（2）地裂缝场地地脉动响应具有明显的放大效应。傅里叶谱峰值、反应谱峰值和Arias烈度峰值均在靠近地裂缝处急剧增大，随着距离的增加逐渐减小并趋于平稳。放大效应具有“上下盘效应”，上盘场地峰值大于对应的下盘场地峰值。对比不同场地条件下地脉动测线的峰值和峰值放大因子，位于黄土塬前台地的地脉动测线峰值小于浐灞河冲洪积平原测线的峰值，而其峰值放大因子大于浐灞河冲洪积平原测线的放大因子，且位于黄土塬前一、二、三、四、五级台地上测线之间的峰值和放大因子均相差不大。
　　（3）地脉动原位测试分析结果显示，西安地裂缝场地放大效应影响范围约为地裂缝两侧15m以内，上盘和下盘均从距离地裂缝15m处峰值开始平稳，放大因子稳定在1.0左右。
　　（4）地震动数值模拟分析结果显示，在地震动作用下地裂缝场地地表加速度响应同样具有显著的放大效应，且放大效应有“上下盘效应”。对比地脉动和地震动数值分析结果可知，地表地震动响应影响范围约为上盘35m，下盘25~30m，大于地脉动放大效应影响范围，两者约为二倍的关系，且地震动放大倍数大于地脉动放大倍数。
　　（5）综合地脉动和地震动分析结果，提出了西安地区地裂缝场地“设计地震加速度”建议值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.3 研究内容及技术路线

第二章 西安地裂缝基本特征

2.1 引言

2.2 西安地裂缝分布及活动特征

2.3 地裂缝场地剖面结构特征

2.4 小结

第三章 地裂缝场地地脉动测试与信号分析原理

3.1引言

3.2 地脉动原理

3.3 测试仪器设备

3.4 测线布设

3.5 地脉动信号采集与预处理

3.6 地脉动分析方法

3.7 小结

第四章 地脉动测试结果及分析

4.1 引言

4.2 傅里叶谱分析

4.3 反应谱分析

4.4 Arias烈度分析

4.5 小结

第五章 西安地裂缝场地地脉动响应特征综合分析

5.1 引言

5.2 共性

5.3 差异

5.4 小结

第六章 地裂缝场地地震动响应数值模拟及抗震设防建议

6.1 引言

6.2 OpenSees有限元数值软件介绍

6.3 有限元模型建立及网格划分

6.4 地震波

6.5 材料选取

6.6 模型工况

6.7 数值分析结果

6.8 地脉动与地震动分析结果对比

6.9地裂缝场地设计地震加速度

6.10 小结

第七章 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 主要研究成果

7.3 研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢