软夹层的位置对土层地震反应计算结果的影响

防灾科技学院毕业论文PAGEPAGE1软夹层的位置对土层地震反应计算结果的影响摘要：大量的震害表明，地表地形对地面运动有很强的放大和缩小作用，因而直接影响到震害的分布。对地形条件进行研究的目的有两个，一是解释地震时地面运动的放大作用和空间变化，再就是预测在将来受地震时地面运动的特性。因此地形对地面运动的影响分析是地震工程学中非常重要且具吸引力的领域。本文就以探讨地形对地震动的影响规律为研究目标，通过有限元软件计算分析。主要研究软夹层位置的变化对地震动峰值加速度、反应谱最大值以及反应谱最大值所对应的最大周期的影响。关键词：地震动软夹层地震动峰值加速度反应谱目录TOC\o"1-2"\h\z\u引言 11、场地条件与输入地震动的特性 11.1场地条件 11.2一维地震反应分析方法 22、人工合成地震动输入时程 53、某场地地层分布情况以及工程概况 64、模型的设计与计算 84.1模型设计 84.2模型设计 94.3模型设计 114.4结果的比较与分析 125、结论 13致谢 14参考文献 14反射波和透射波也一定是相同频率，相同波速的谐波：反射波：Ur=Fsin[w(t-)];透射波：Ut=E’sin[w(t+)]（2）注意反射波的小括号中辩负号，表示向下传播：投射波的波速变位，表示进入另一个介质。现在的问题是由振幅E确定反射波振幅F和透射波振幅.两个未知数，需要两个定解条件，即位移和应力连续。U+Ur=UtT+Tt=Tt应力等于刚度乘应变因为是剪切波，所以用剪切刚度,又因为是一维平面波，只有一个坐标Z，应变等于位移除以长度。带入求解得到：F=E，=E，式中=称为波阻抗比。对于N层土层，在每个分界面上，有很多来回的反射波和透射波，因为是谐波，总可以合并成上行波和下行波，由此可由简单的两层推广到多层土。对于某一个界面来说，可以得到界面上下两侧波幅系数的关系：这是重要的关系式，连接土层界面上下波幅的关系。由此可以一层套一层连接起来，推导出转换矩阵表示邻层振幅的递推关系：………N=1（3）式中：Hn=[En,Fn]’为第n层的波幅矢量。转换矩阵Tn为：Tn＝[]（4）式中：；Hn为第N层的厚度；Kn＝W/Cn为第N层的波数。由此可推得顶层与任一层间的波幅转换关系：（5）式中：称为传递矩阵：]（6）传递矩阵只与土层的厚度，密度和波速有关，与输入无关。带入地表应力为零的边界条件E1=F1,于是可得：（7）式中：。由此可得到地表地震动向基岩内反射波与基岩地震动波幅为间的转换关系:（8）将基岩的暂态输入通过傅立叶变换展开成谐波，得到每个谐波的稳态解后，再经过傅立叶反变换就得到地表或任意一层的地震动。注意如果用基岩表面的地震动为输入时，考虑地表的放大作用，可减半作为埋伏基岩的输入。地震动的时程的离散化使得计算结果在有限频段内有效，低频截止频率为，高频截止频率为＝1/2△t.本文使用的是场地地震反应的一维模型分析方法，计算流程如图1:输入计算控制数据、土层剖面资料、加速度时程↓计算输入加速度时程的傅氏谱↓对输入自然土层剖面进行计算分层↓非线性关系数据，并计算初始等效波速值↓计算每两层土界面上的波阻抗↓计算土层位移及剪应变的传递函数↓计算土层等效剪应变及对应的等效值↓↓计算并输入加速度时程、反应谱及其他量图1.场地地震反应的一维模型分析方法2、人工合成地震动输入时程本论文以防灾科技学院工程地震实训中心工程场地地震危险性分析结果，利用saw程序，改变随机数人工合成3条地震动时程，结果如下：图2-1图2-2图2-33、某场地地层分布情况以及工程概况本文选取了有代表性的某场地不同深度处，厚度均为2m的淤泥质粘土软弱层。其深度分别位于6m、10m、16m的软弱层。表3-1土层地震反应分析模型参数分层序号岩土类型剪切波速(m/s)分层厚度（m）密度（g/cm3）土动力学参数序号1杂填土170.40.51.8012粉质粘土188.31.51.9623粉质粘土206.12.01.9624粉质粘土225.42.01.9625粘土277.82.01.9936粘土287.52.01.9937密实砂土336.22.02.0148密实砂土354.62.02.0149密实砂土396.72.02.01410中风化花岗岩444.32.02.05511中风化花岗岩472.02.02.05512基岩528.92.02.206场地土层剖面资料表3-2深度（米）波速（米/秒）深度（米）波速（米/秒）0.5170.412336.22188.314354.64206.116396.76225.418444.38277.820472.010287.522528.94、模型的设计与计算4.1模型设计4.1.1为了研究软夹层的埋深对土层加速度反应峰值Amax及其反应谱最大值Smax，速度最大值Vmax，深度Dmax的影响，以上述场地为研究对象，将剪切波速为129.1m/s，密度为1.82g／m3，厚度为2表4-1土层地震反应分析模型参数分层序号岩土类型剪切波速(m/s)分层厚度（m）密度（g/cm3）土动力学参数序号1杂填土170.40.51.8012粉质粘土188.31.51.9623粉质粘土206.12.01.9624淤泥粉质粘土129.12.01.8235粘土277.82.01.9946粘土287.52.01.9947密实砂土336.22.02.0158密实砂土354.62.02.0159密实砂土396.72.02.01510中风化花岗岩444.32.02.05611中风化花岗岩472.02.02.05612基岩528.92.02.207备注：第四层为软弱夹层4.（1）通过程序（RTELTR）进行计算，得出输出文件Res-1，Res-2，Res-3，将三个文件的数据导入excel画图得出结果如下图图4-1：软夹层对反应谱谱值的影响（2）通过执行程序(Rsleibm)得出五个输出文件rtel1，rtel2，rtel3，rtel4，rtel5，经过查找文件内容得出Amax，Vmax，Dmax的最值，列表如下表4-2时程AmaxVmaxDmax10.24150.024580.0104120.21080.02450.00926530.25300.023520.01572平均值0.23510.024170.011798(3)根据公式Tg=4.44*Vmax/Amax，可根据表5-3得到卓越周期的值Tg=4.44*0.02417/0.2351=0.45654.2模型设计4.2.1模型Ⅱ为了研究软夹层的埋深对土层加速度反应峰值Amax及其反应谱最大值Smax，速度最大值Vmax，深度Dmax的影响，以上述场地为研究对象，将剪切波速为129.1m/s，密度为1.82g／m3，深度为10米表4-3土层地震反应分析模型参数分层序号岩土类型剪切波速(m/s)分层厚度（m）密度（g/cm3）土动力学参数序号1杂填土170.40.51.8012粉质粘土188.31.51.9623粉质粘土206.12.01.9624粉质粘土225.42.01.9625粘土277.82.01.9936淤泥粉质粘土129.12.01.8247密实砂土336.22.02.0158密实砂土354.62.02.0159密实砂土396.72.02.01510中风化花岗岩444.32.02.05611中风化花岗岩472.02.02.05612基岩528.92.02.207备注：第六层为软弱夹层图4.2.2计算过程 1）通过程序（RTELTR）进行计算，得出输出文件Res-1，Res-2，Res-3，将三个文件的数据导入excel画图得出结果如下图图4-2：软夹层对反应谱谱值的影响（2）通过执行程序(Rsleibm)得出五个输出文件rtel1，rtel2，rtel3，rtel4，rtel5，经过查找文件内容得出Amax，Vmax，Dmax的最值，列表如下表4-4时程AmaxVmaxDmax10.14730.019720.0102920.13720.027030.00889330.17170.024350.01686平均值0.15210.02370.01201（3）根据公式Tg=4.44*Vmax/Amax，可根据表5-5得到卓越周期的值Tg=4.44*0.0237/0.1521=0.69184.3模型设计4.3.1模型为了研究软夹层的埋深对土层加速度反应峰值Amax及其反应谱最大值Smax，速度最大值Vmax，深度Dmax的影响，以上述场地为研究对象，将剪切波速为129.1m/s，密度为1.82g／m3，厚度为16米表4-5土层地震反应分析模型参数分层序号岩土类型剪切波速(m/s)分层厚度（m）密度（g/cm3）土动力学参数序号1杂填土170.40.51.8012粉质粘土188.31.51.9623粉质粘土206.12.01.9624粉质粘土225.42.01.9625粘土277.82.01.9936粘土287.52.01.9937密实砂土336.22.02.0148密实砂土354.62.02.0149淤泥粉质粘土129.12.01.82510中风化花岗岩444.32.02.05611中风化花岗岩472.02.02.05612基岩528.92.02.207备注：第九层为软弱夹层图4.3.21）通过程序（RTELTR）进行计算，得出输出文件Res-1，Res-2，Res-3，将三个文件的数据导入excel画图得出结果如下图图4-3：软夹层对反应谱谱值的影响（2）通过执行程序(Rsleibm)得出五个输出文件rtel1，rtel2，rtel3，rtel4，rtel5，经过查找文件内容得出Amax，Vmax，Dmax的最值，列表如下表4-6时程AmaxVmaxDmax10.11590.021440.01120.11240.022280.00937530.13580.022710.0171平均值0.12130.022140.01249（3）根据公式Tg=4.44*Vmax/Amax，可根据表5-7得到卓越周期的值Tg=4.44*0.02214/0.1213=0.81044.4结果的比较与分析4.4.1峰值加速度的比较通过对表4-2，4-4,4-6,的比较，得到表7表4-7深度(m)AmaxVmaxDmax60.23510.024170.011798100.15210.02370.01201160.12130.022140.012494.4.2反应谱最大值的比较通过对图4-1,4-2,4-3的比较，找出对应反应谱的平均值进行比较得到下表表4-8深度(m)周期T/sSa最大值60.57380.863436100.81840.542648161.06820.3672974.4.3特征周期的比较通过公式的计算，得到特征周期的比较如下表表4-9深度(m)特征周期Tg60.4565100.6918160.81045、结论通过表4-7，表4-8,4-9，我们可以看出，软夹层厚度对地震动的峰值加速度Amax，反应谱最大值Sa以及特征周期Tg的影响较为明显，并且随着软土层位置的深度的增加地震动峰值加速度降低，反应谱最大值也随之减小，而特征周期随之增大，对于给定的输入地震动和峰值加速度水平，随着软弱夹层埋深的增加，地表加速度峰值和放大系数入都有减小的趋势，当埋深超过一定值后，地表加速度放大系数小于1．O。致谢三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。在这次的毕业论文写作中，衷心感谢张宇东老师对我的精心指导和帮助，同时也感谢在此过程中帮助过我的同学。“不积跬步无以至千里”，这次