2019 年 06 月 18 日
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研究亮点:基于KiK-net竖向台阵数据估计用于非线性场地反应分析的土动力学参数


发布时间:2019/05/23

研究背景:

大量的震害调查和强震观测数据表明:局部场地条件对建筑物的震害和地震动特性有着显著的影响。究其原因,主要是由于波阻抗的降低和共振效应,近地表沉积物对地震动显著的放大作用所致。在弱震动作用下,沉积物的应力和应变关系近似满足线性关系,符合胡克定律。在强震动作用下,场地进入非线性反应阶段,阻尼比增大,场地放大系数、剪切波速和剪切模量减小,场地固有频率向低频方向移动。然而,由于显著或严重非线性反应的强震动观测数据相对匮乏,土层非线性场地反应的阈值及其程度随PGA的变化规律一直是地震工程领域中亟待解决的难题。

研究方法及结果:

王海云课题组利用日本KiK-net台网中8个竖向台阵的地震动记录,使用解卷积的地震干涉测量法提取的剪切波速估计原位剪切模量比和应变等土动力参数,建立应力-应变、剪切模量比-应变关系曲线,研究土层场地非线性反应的阈值及其程度随PGA的变化规律。主要结果如下:

1、土层非线性场地反应的应变阈值通常介于5 × 10−6~5 × 10−5,并且在应变超过1 × 10−4后,其非线性反应的程度随着应变的增加急剧增加。

下图为基于地震动数据估计的土层的剪切模量比曲线与Vucetic and Dobry (1991)实验室测试数据的对比。


图1 从地震动数据中估计的土层的剪切模量比曲线与实验室测试数据的对比

2、土层非线性场地反应的PGA阈值(PGAtl)通常介于20~100 cm/s2,其主要受到土层的剪切波速(Vs)和塑性指数(PI)的影响(如式1和表1所示)。


表 1 不同条件下场地非线性反应的峰值加速度阈值(单位:cm/s
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3、土层非线性场地反应的程度(我们将其定义为剪切模量比的下降幅度,即1-G/G0)主要受到土层的刚度、塑性指数和PGA的影响(如式2和表2所示)。


表2. 不同条件下剪切模量比的下降幅度(单位:%)


该成果发表在欧洲地震工程协会的《Bulletin of Earthquake Engineering》期刊上。详见Haiyun Wang, Weiping Jiang, Suyang Wang* and Yu Miao. In situ assessment of soil dynamic parameters for characterizing nonlinear seismic site response using KiK-net vertical array data. Bulletin of Earthquake Engineering, 2019, 17(5): 2331–2360. doi: 10.1007/s10518-018-00539-3. (IF=2.303,*通讯作者)