地裂缝场地地震放大效应研究

摘要

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育,灾害最为严重的地区,严重影响着城市的建设和国民经济的发展。至今,有关地裂缝分布规律、活动特性、成因机理和防治措施等相关问题的研究已硕果累累,但地裂缝场地地震放大效应研究一直以来是地裂缝研究很少涉及的薄弱环节,也是多年来存在争议未能解决的一个难题,目前对于这方面的研究基本处于空白状态。考虑到西安所在的汾渭盆地新构造运动强烈,历史上曾多次发生地震,而且在未来又有较多的地震危险性。因此,在地裂缝密集分布的西安地区开展地裂缝场地地震放大效应的研究就显得尤为迫切,具有重要的工程实际意义。
　　本文以西安地裂缝为主要研究对象和试验场地,通过数值分析和振动台模型试验来研究地裂缝场地地震放大效应的影响规律,重点研究地裂缝场地在地震荷载下的动力响应以及地裂缝的存在对场地地震动参数的影响(地震放大效应)两个方面。在野外实地调查的基础上,通过室内测试、理论分析、数值分析以及大型振动台物理模型试验来开展研究工作。
　　基于对西安地裂缝场地剖面结构及其活动规律的认识,通过对与西安地裂缝场地剖面结构建立有关的基础地质资料的收集,首次建立了西安地裂缝场地剖面结构概化模型,并以此建立地质结构模型,进而明确了土层结构、上下盘各土层相对错距、地裂缝倾角及土层地震反应分析假想基岩面深度等影响参数。
　　考虑到地裂缝灾害对场地条件的影响,尤其是对场地土体的动力特性及动力响应的影响,对西安地裂缝带黄土进行了不同围压下的固结不排水(CU)动三轴试验研究,获取了动力学参数,在试验基础上,分析了地裂缝带黄土的动应力-应变关系,得到了不同围压下的动强度曲线,基于摩尔-库伦强度准则获得了地裂缝带黄土强度包线的特征和动强度参数,并对地裂缝带黄土的动剪切模量和阻尼比的变化特征进行分析并对其进行回归拟合,进而建立了地裂缝带黄土的等效粘弹性动力本构模型。
　　基于有限元理论建立了以FLAC3D为分析平台的数值分析模型,对西安地裂缝缝场地地震荷载作用下的地震放大效应进行了数值模拟,研究表明:地震波作用下,水平成层场地、无土层错动地裂缝场地及有土层错动地裂缝场地均表现出放大效应,而且具有明显的上下盘效应,即上盘峰值加速度大于下盘;而在地裂缝附近,地表峰值加速度且随着与地裂缝距离的增大,峰值加速度逐渐减小。
　　论文首次进行了地裂缝场地地震荷载作用下的土型振动台模型试验,以相似理论为基础,建立了基于重力失真模型的单条地裂缝场地环境下地震响应振动台试验模型。通过试验得到了地裂缝场地的地震响应(应力、位移、加速度响应)的分布特征以及地裂缝的影响效应,进而获得了地裂缝场地地震放大效应的的分布规律及特征,揭示了地裂缝场地地震动力响应特征及地裂缝影响规律。
　　本文的研究对于深化和扩展西安地裂缝研究的领域,对于西安地裂缝场地工程设施的地震安全性和抗震设防的合理性以及西安城市建设用地规划都具有重要的理论和实际意义。同时,所得研究的成果也有望对现行规范进行补充,使地裂缝场地的设防更安全也更合理。

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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 存在问题

1.4 研究目标及主要研究内容

第二章 西安地裂缝场地条件特征及剖面结构模型的建立

2.1 引言

2.2 西安地裂缝分布及基本活动特征

2.3 西安地裂缝场地剖面结构模型

2.4小结

第三章 地裂缝带原状黄土力学特性试验研究

3.1 引言

3.2土的动力特性及其描述

3.3 动三轴试验设计

3.4 试验成果及分析

3.5小结

第四章 地裂缝场地地震动力响应数值模拟

4.1 引言

4.2 有限元模型建立及网格划分

4.3 地震波的输入及其处理

4.4 模型材料参数及动力本构

4.5 模型工况

4.6 数值模拟分析

4.7 地裂缝场地放大效应数值模拟结论

第五章 地裂缝场地地震响应振动台模型试验设计及结果分析

5.1 引言

5.2 模型试验的相似理论

5.3 振动台试验模型设计

5.4地裂缝场地地震响应振动台模型试验结果分析

5.5小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果与创新点

6.2 进一步研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢