多向地震荷載作用砂土震陷計算方法研究

《多向地震荷載作用砂土震陷計算方法研究》是依託同濟大學，由高廣運擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多向地震荷載作用砂土震陷計算方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高廣運
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

砂土震陷是主要的震災之一，現行砂土震陷計算方法明顯不足。本課題擬通過理論分析、數值模擬和室內試驗，研究多向地震荷載作用砂土震陷計算方法。建立彈塑性邊界面模型的有限元模型，模擬分析多向地震荷載作用下砂土動單剪試驗，研究地震載入序列、載入方向、不對稱性及振動波型和單雙向載入、不同震級和震中距及砂土相對密度等對震陷的影響；基於有限元數值模擬單雙向載入的等效循環周數，實現混合非線性回歸分析，建立砂土震陷等效循環周數計算模型；進行不同砂土震陷系列動單剪試驗，驗證基於Richart-Newmark (R-N)累積損傷原理進行等效循環周數計算的有效性，提出多向地震荷載作用和載入次序影響的砂土震陷計算新方法；建立砂土R-N模型參數資料庫和回歸分析模型，提供R-N累積損傷模型的參數校核曲線，試驗驗證多向地震作用砂土震陷計算方法的有效性。本項研究將完善土動力學理論等，為抗震設計提供理論依據和技術保障。

結題摘要

砂土震陷是主要的震災之一，但地震荷載特性對砂土震陷影響規律不明確，現行砂土震陷計算方法存在嚴重不足。本課題通過理論分析、數值模擬和室內試驗，研究了地震荷載特性評價方法，提出了多維地震荷載等效循環周數計算模型；分析了地震載入序列、載入方向、不對稱性、振動波型、地震動維度、強度、脈衝特性及砂土特性和場地參數對震陷的影響，提出了考慮地震荷載特性的非飽和與飽和砂土震陷計算方法。研究了近斷層速度脈衝地震動作用下邊坡變形規律，提出了基於速度脈衝地震動邊坡地震位移統一預測模型。結果表明：多維地震荷載等效循環周數計算模型可準確預估地震荷載；同一砂土相對密度和上覆荷載條件下，振幅相同的振動型地震波引起的砂土震陷比衝擊型地震波引起的震陷大；地震動維度和方向對震陷有重要影響，採用單向水平地震荷載計算砂土震陷不準確，水平雙向荷載引起的震陷值約為單向荷載震陷的1.5-2.3倍；震陷量與地震動速度譜強度相關性較好，隨地震強度增加，震陷量增大；近斷層脈衝地震動引起的砂土變形和孔壓積累遠大於非脈衝地震動。砂土相對密度對震陷有較大影響，增大砂土相對密度可有效減小震陷和地表側向位移；計算飽和砂土震陷應考慮滲透係數的影響，變滲透模型可提高數值方法模擬飽和砂土地震回響的準確性；乾砂阻尼比和頻率比的取值對計算場地非線性回響影響顯著；相同地震荷載條件下，砂土場地地表側移量殘餘值與地表傾角呈線性增長關係；提出的地震荷載作用下砂土震陷計算方法可準確計算砂土震陷值。速度脈衝地震動引發的邊坡位移遠大於非脈衝地震動引起的位移值，對長周期邊坡影響尤為明顯；基於邊坡參數和脈衝地震動參數建立的預測模型可較為準確的預估邊坡地震位移。本項研究可完善土動力學理論等，為抗震設計提供理論依據和技術保障，具有重要的理論價值和工程意義。