岩土的抗震分析方法和实例.ppt

土的抗震分析方法和分析实例 设计概念 1. 小震不坏 2. 中震可修 3. 大震不倒 考虑地区特性 1. 考虑基础所在地域的特性，决定场地地震加速度响应系数 2. 通过能反映现场特性的室内外试验，决定要输入的参数。 3. 地震 4. 设计地震等级为 6.5 耐震设计基准研究 (建设交通部 道路桥耐震设计基准 港口及渔港设施的耐震设计标准书 供水设施的耐震设计基准 住宅公社土木结构物耐震设计指针 土地公社小区构成设施的耐震研究 城市铁路耐震设计 主要设施耐震设计基准的重新整理 废弃物埋设设施的耐震设计基准研究 韩国抗震设计基准 耐震设计性能基准 功能执行水准 - 发生设计地震时，产生的位移在容许范围以内或通过局部维修可继续使用 防止倒塌水准 - 容许有限的结构损坏，但是通过紧急维修象港口设施应能发挥使用功能 - 可使用比功能执行水准较低的安全度 耐震特级结构物 原子能设施、军事设施、广播设施等 耐震 1级结构物 - 发生地震时因为结构破坏会引起很多生命和财产损失 - 对地震灾害恢复起重要作用的结构物 - 国防用结构物 根据结构物所处的位置、战略性、用途主观决定，需要与设施管理机关协商 耐震 2级结构物 一般结构基础物 对护岸墙、堤防等长度较长的结构不必全部设为耐震 1级 设计地基运动水准 - 区分地震区域以及各区域的区域系数 (重现周期 500年基准 ) 江原道北部 : 洪川、铁原、和川、横星、平昌、羊口、仁济、古城、杨阳、春川、属草 江原道南部 : 永月、正船、三尺、江陵、东海、原州 , 太白 全南东北部 : 长城、淡阳、古城、区礼、长兴、步城、余川、和顺、光阳、罗洲、余水、顺川 全南西南部 : 武安、新安、丸岛、永光、真岛、海南、永安、强镇、古兴、咸平、木浦 韩国耐震基准概念 地震区域 区域系数 行政区域 I 汉城特别市、仁川、大田、釜山、大邱、蔚山、光州广域市 道 京畿道、江原道南部、忠清道、庆尚道、全北、全南东北部 江原道北部、全南西南部、济州岛 (地基耐震设计时推荐使用 ) 需要精确评价结构物所在位置的地震系数时 等高线形状的地震灾害图 地震灾害图上的地震系数是以一般岩石为对象编制的， 为了用于地表面，需要进行地震响应分析。 确定设计地震系数 (%g) 平均重现周期 500年 地震灾害图 (%g) 防止倒塌水准 执行功能水准 2. 耐震设计对象的地基分类 从 3. 决定区域系数 4. 决定危险度系数 1级或者 2级 地基的分类 需要评价场地固有特性的地基 100 50 360760 非常密实的砂土地基或软岩地基 7601500 一般岩地基 - - 超过 1500 硬岩地基 非排水剪切强度 标准贯入试验 (剪切波速 (m/s) 上部 30地基类型名称 地基 分类 地震区域 地基类型 地震系数 (防止倒塌 2级 ) 输入地震波 推荐使用长短周期的实际地震记录以及与建桥部的标准反应谱相符的人工地震波 g (地表以上岩石观测地震 ) 周期波 g (在地基内部观测得到的地震 ) 周期波 大加速度 地震规模 类型 输入地震波 墙结构 重力式墙体 板桩式墙体 土结构 防波堤 防潮堤 护岸 海岸堤防 地下空间结构 长大隧道 隧道洞门 软弱地基内箱型结构或 液化判断 、防潮堤、护岸、海岸堤防或筑堤 要求对静力荷载和液化都是安全的 耐震等级 性能水准 分析方法 设计基准 2等级 防止倒塌水准 等效静力法 安全系数 土结构的耐震等级 各性能水准的设计方法 (以等效静力分析为基础的耐震设计 安全性验算 抵抗力 /设计荷载 地基增幅分析 2等级倒塌水准 2. 防止倒塌水准的耐震设计 使用等效静力分析方法 3. 等效静力分析方法 将地震作用简化为竖向或水平方向的静力荷载作用在结构上的分析方法 。 水平方向地震作用 : 容许有位移时 ), 不容许有位移时 ) 设计水平地震系数 (=g) m : 质量 g : 重力加速度 等效静力分析方法 、容许应力不同 板桩式墙体结构的 耐震设计基准 ，也许会产生较大的位移差。 - 推荐输入各种地震波并沿不同的方向作用，做三维的耐震分析。 - 防止倒塌 耐震 2等级 (从岩土耐震 分析角度定义 ) - 推荐输入各种地震波并沿不同的方向作用，做三维的耐震分析 - 考虑隧道周边各种节理后分析 - 防止倒塌 耐震 1等级 、生命线 (地下储藏仓等 ) 定义 当象地震这样急速震动的荷载作用在松散的砂土地基或回填地基上时，地基将在瞬间处于非排水状态，由此将产生超孔隙水压并使地基丧失抗剪切能力，这种现象叫做液化。 2) 产生液化的条件 - 急速荷载作用 (引发非排水状态 ) - 松散的砂土或回填地基 - 地下水位以下 (超孔隙水压 ) 地下水位以上的地基 柱状图上标准贯入值为 20以上的地基 对象地基深度在 20 塑性指数在 10以上，并且粘土成分在 20%以上的地基 细粒土含量在 35%以上时 相对密度在 80%以上的地基 地震区域 中的 耐震 2等级 结构 地基分类为 其他，考虑到经济性在地震区域 震 2 等级 结构，可与负责人商议后省略液化判别。 搜集地基资料并分析 评价岩土动力特性 G/ 阻尼比 地震响应分析 预测液化简化方法 预测液化详细方法 (推荐振动三轴试验 ) 液化安全 F置对策工法 O Y E S 价液化流程图 (地震 1. 基于等效剪切应力理论计算地震作用 2. 计算液化抵抗应力比 - 利用标准贯入抵抗值计算 (- 利用圆锥体贯入抵抗值计算 - 利用剪切波速计算 - 利用 3次以上的室内耐震动力试验计算 - 利用标准贯入抵抗值与加速度的关系计算 其他液化评价方法 (70年 后期以后 ) 1. 基于剪切变形的评价方法 (2. 基于能量耗散法的评价方法 (3. 基于有效应力分析理论的评价方法 (4. 基于概率论的评价方法 ( (土含量 ) 修正 (0= 地震规模 M 细粒土含量 分析岩土深度 地基液化剪切抵抗率 液化评价 安全系数 vvd e p t hvm vm (/F韩国液化评价方法 液化简化预测方法 (不使用折减系数 ) e p t hVm a M of 5 0 M=7.5 ( g )181614121086420m)H a c h i n o h eO f u n a t 计算设计地震加速度 (耐震设计基本概念 ) 输入地层构成 地震响应分析程序 (决定各深度最大加速度 计算例题 214 4G 地震作用的剪切应力比 (现场试验、室内试验 ) 决定地基加速度和地震波 地震响应分析 作用在地基上振动剪切应力比 钻孔 /采样及标贯试验 (振动三轴试验 (3次以上 ) 制作液化剪切抵抗应力臂计算曲线图 地基内的剪切抵抗应力比 液化评价 安全系数 修正结果 / 虽然与简化方法一致，但是输入的动力参数由试验决定。 液化详细预测法 自由面运动 (B) : 在地表面上的运动 基岩运动 (D): 在下部基岩表面上的地震运动 地表以上岩石运动 (A): 露出地表以上的岩石的地震运动 A 地表以上岩石运动 岩石 设计规范中的设计条件 D A B 地震响应分析 岩石 土层 地表面自由面振动 (50) 基本特性试验 制作试验材料 确定剪切应力比水准范围 (第 3水准以上 ) 试验前准备 (试材饱和以及初始有效侧限压力 ) 加载振动偏差应力 (d = 2 d) 分析试验结果及修正 (o) 决定各地震规模下液化剪切抵抗应力比 重 新 进 行 试 验 始有效侧限压力 =超孔隙水压 振动三轴试验 (正弦荷载 ) 液化详细预测方法中通过振动三轴试验决定剪切抵抗应力 ( ) 内容 内摩擦角 30静止土压状态 主应力方向地震过程中变化 地震波为不规则 同向应力状态 主应力方向不变 加载规则的正弦波荷载 实际地基条件 振动三轴试验条件 液化抵抗强度比 加载次数 1 1000 100 10 0 内试验结果 修正曲线 M=6.5 、短周期的 地震响应分析时 ， 为了反映地基的固有阻尼特性 ， 将地表以上岩石运动 (基岩运动 (运算 (定各深度岩土的最大加速度 。 将 动力分析方法 获得的加速度时程 (2” 为基岩的输入地震波 沙土回填层 粘土层 砾石层 风化土 风化岩 N=4 N=12 N=15 N=8 N=20 N=8 N=3 N=3 N=40 N=50 N=50 N=50 0 5 10 15 20 25 30 35 g) m)工波 (m) 振动剪切应力比 液化抵抗应力比 安全系数 判断 人工波 人工波 有可能 有可能 有可能 有可能 未发生 未发生 有可能 有可能 液化简化预测结果 简化预测结果的安全系数小于 进行详细预测 确定液化抵抗应力比曲线 液化抵抗应力比曲线 效侧压 100 10 100 1000 振动反复次数 (回 ) 振动剪切应力比振动三轴试验 修正结果 对 安全系数 最小的深度为 项 目 人工地震波 地震引起的剪切应力比 基的液化抵抗应力比 细预测法的 安全系数 价 安全 安全 安全 判断各钻孔的液化安全性 对大范围内各位置分别评价后 ， 使用最低 安全系数 制作液化灾害图 液化灾害图 三维灾害图 颇贰剧侥 0 0 . 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 1 4 0 0 0 . 0 0 1 8 0 0 0 . 0 0 2 2 0 0 0 . 0 0 2 6 0 0 0 . 0 02 0 0 0 . 0 04 0 0 0 . 0 06 0 0 0 . 0 08 0 0 0 . 0 01 0 0 0 0 . 0 01 2 0 0 0 . 0 01 4 0 0 0 . 0 01 6 0 0 0 . 0 0)()()( m a x e a k R 1971) 且 : 最大剪切加速度 : 重力加速度 : 全应力 : 有效应力 : 非线性剪切质量系数 (深度的修正系数 ) vdig a xm a x )( bo a ()(m a xm a x 实际土体不是刚体运动 ， 比下面公式计算的要小 土自身非线性特性决定的剪切应力减少率 非线性剪切质量系数 (应力折减系数 ) 化方法 (1971)中建议的考虑地基响应的非线性的剪切应力折减系数 考虑地基的阻尼和非线性特性将剪切应力折减系数乘以振动力 ， 以防止地震力过大 韩国的液化评价方法 (修正 值随深度分布较广 ， 为了减少不确定性 ， 利用各深度的最大地基加速度 ， 直接计算振动剪切应力比 d 反映各种现场条件和地基运动的 2,153个案例分析 非线性剪切质量系数 : 实际案例的平均值和标准偏差值对应值 议值 实际案例的平均值和标准偏差对应值 32 将离散性较大的 值，根据地震规模将量化为公式计算振动剪切应力比的方法 ( 1997) d)1 4 i n (1 1 )1 3 i n (1 2 )()()l n (各地震规模的 的建议值 d且 ， : 地震规模 : 深度 (上述公式适用于 0(24 (2004)的建议方法 )()()(m a x R 地震发生 地震规模 距离震源的最小距离 最大地基加速度 输入的地震波的卓越周期 低应变下的初始地基周期 地震引起的应变软化时的地基周期 对到达基岩的深度等因素的评价 地基刚度 (剪切波速 ( ) 计算深度、地震规模、最大地基加速度、地基刚度 2,， 时 ， 通过回归分析 (定 值 d)65(20 )65(20 )40(12 )40(12 60,m a x60,m a x 60,m a x160 , m a x 160 , m a x 160 m a x , m a x 160 m a x 160 , m a x 160 m a x 160 m a x 160 m a x 、振动剪切应力比以及细粒粉含量的回归分析结果 值与 的关系 60,1 的关系 60,1N E 60,1,60,160, I N E * 值的修正 考虑地震规模的修正 ( ) 以及地基液化抵抗应力比 ( ) 且 ， : 细粒粉含量 :大气压 : 标准累加常态分布函数 FC P : 输入未考虑地震规模进行修正的值 : 利用 , 0 , 1 )” 函数计算 利用推荐公式直接判断液化可能性 ,或将 用于推荐的方法 (例如 : 计算 安全系数 1 d 非线性动力有效应力分析 ? 非线性分析 : 土与钢材不同，在加载初期就表现为非线性特性 (非线性塑性模型 ). 动力分析 : 地震与冲击荷载或固结作用分析是与时间有关的 (时间积分方法 : 有效应力分析 : 液化以及非排水条件分析 (s 公式 ,. 非线性动力有效应力分析方法 法的基本概念 参考状态 (及干扰函数 ( 论的延伸 液化模拟 : 塑性软化 ( 干扰状态概念 ) 用数值分析方法分析受外部荷载作用的材料的微小破坏响应 (扰乱度 ) 利用两个参考状态 (一个干扰状态函数 ( FA D) 非线性动力数值分析 (有效应力方法 ) 受外力作用的材料的微小破坏过程 ( 利用两个参考状态 (一个干扰状态函数(I n t a c t b e h a v i o r ( R I )O b s e r v e d b e h a v i o rC r i t i c a l S t a t e ( F A )D = 0D = 1 基本概念示意图 ( 相对无损伤状态 (RI F s 22 01s J 1J 2 3 完全破坏状态 (FA (D) 干扰函数 ( D D Z 1 (D) )( 当前应力 : RI 硬化函数 : 本构方程 ) : a i ( )1d D d Dd ( ) ( )1aic RI d C le d C d d C i j k le kl i j k ( )C CC n n Fi j k j k le i j r pq p q k m n p 12 J m e 3J p ec ae D D Z 1 D D u 1 d D d Dd ( ) ( )1d d i j k l i j k l ( ) ( ) i j k l i j k j k m m k i j k D C J C ( )1 13 2212 i j k l o c ij J( )1 1312 n n n i j k ij ii i j k j k l 131212 d C S C i C C T c i ( ) (液化 ) 振动台试验模拟 (1700500000000000mm x y (液化 ) 模拟 试验结果的比较 01 . 530 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10T i m e ( s e c