深厚覆盖层液化对场地卓越周期及土石坝地震响应影响研究

作者：dqwlunwen 分类：理工论文时间：2021-11-18

关键词：职称论文发表，职称评审，期刊投稿，理工论文发表

摘要：针对软弱夹层受震液化对深厚覆盖层场地振动特性的改变以及其上高土石坝的地震响应影响开展研究。将含有软弱夹层的深厚覆盖层场地简化为三质点体系，推导了软弱夹层液化后的场地卓越周期计算公式，进而分析了液化层特征量对场地卓越周期及场地反应谱的影响规律;应用剪切楔法研究了软弱夹层液化对深厚覆盖层上土石坝坝顶加速度放大系数的影响规律。结果表明：夹层发生液化使得场地卓越周期增大，增大程度与夹层液化程度、上覆层与液化层厚度比λ1、液化层与下卧层厚度比λ2密切相关;液化使得场地类别至少增加一类;液化后场地反应谱呈现短周期减震、长周期加震现象，加震减震的分界线一般在0.61?0.88 s范围内，反应谱平台段加宽;液化使得覆盖层上高土石坝坝顶加速度放大系数明显增大，放大作用随着软弱夹层液化程度的增加呈现下降的趋势，在夹层较厚且重度液化时，液化现象对覆盖层上高土石坝动力响应反而有消弱作用。

　　关键词：深厚覆盖层; 高土石坝; 夹层液化; 场地卓越周期; 反应谱

《建筑施工》Building Construction(月刊)1979年创刊，其内容套萃精英、博采众长,凸现中华建筑施工之大成,是中国自然科学建筑类核心期刊,向以实用著称,主要介绍国内外最新的建筑施工、设备安装、建筑材料、饰面装潢和工程质量事故防治经验。

　　引言

　　目前国内外普遍认识到，场地液化对地震动有高频滤波和低频放大效应。孙锐等[1]基于2011新西兰6.3级地震所得场地地震动资料，发现液化场地在一定程度上抑制了反应谱中的高频成分，同时显著地放大低频成分的规律。Youd等[2]通过对比分析五个液化场地实测地震记录，得出了覆盖层液化导致场地反应谱短周期成分谱值减小、长周期成分谱值增大的结论。孙锐等[3]采用实测地震记录和理论分析相结合的方法，提出了液化土层加震效应明显大于减震效应，长周期结构需要特定分析的建议。众多实测地震动记录、理论研究以及相关的震害调查资料均表明，场地局部夹层液化，不仅对地基基础造成震陷威胁，还对地震波的长周期成分有显著的放大作用。中国西南地区水电资源丰富，但存在强震频发、覆盖层深厚等不良地质条件，大型水电工程选址难以避让。因此，开展深厚覆盖层场地软弱夹层液化对场地卓越周期及土石坝地震响应影响研究具有重要的理论及实践意义。

　　目前针对覆盖层场地地震反应研究方法主要有解析法和有限单元法等数值分析方法，前者根据土层结构的简化方式分为水平剪切层法、集中质量体系法等简化方法。有限元法[4?5]虽能与静力变形、应力有限元分析结合分析覆盖层场地地震反应，但对场地地震动参数的确定需要大量的经验统计资料或者实际场地条件观测记录，并且需要大量现场或室内试验以确定场地土层介质的静、动力本构模型参数[6]。解析法根据土层结构的简化方式分为水平剪切层法、集中质量体系法等简化方法，因概念简单，容易编程计算，且在多年的实际应用中积累了丰富的经验更为大众接受。孙锐等[7]建立了可液化场地的简化双质点体系，理论推导出用于识别场地液化情况的自振频率判别公式，从土体软化引起场地卓越周期变化的角度，分析了液化对场地特性的影响。孙锐等[8?9]采用改进的有效应力方法，探究了薄土层液化对地表加速度反应谱的影响，结果表明液化使得场地类别至少增加一类、平均增加二类。陈龙伟等[10]建立了双层模型用于模拟实际水平场地，提出了考虑液化层存在下的土表位移简化计算方法。

　　目前研究多针对于薄覆盖层，对于深厚覆盖层中软弱层的液化对场地自身动力特性及地表反应谱的影响机制及表现特征尚不明确，尤其是场地液化带来的长周期成分的显著放大效应对覆盖层?土石坝系统的抗震安全造成怎样的影响，是值得广泛关注和深入研究的课题。

　　本文将含有软弱夹层的深厚覆盖层简化为三质点体系，推导夹层液化导致场地卓越周期变化的理论解答，探讨液化特征量对场地卓越周期及对地表反应谱的影响机制和特征规律，研究了夹层液化对深厚覆盖层上高土石坝的地震响应的影响规律，揭示了液化层特征量对土石坝坝顶加速度动力放大系数的内在影响关系，为可液化深厚覆盖层上高土石坝抗震设计提供理论参考。

　　1 软弱夹层液化对场地卓越周期的影响

　　1.1 分析模型

　　将含有易液化软弱夹层的实际深厚覆盖层简化为三质点体系[7]，如图1所示。其中，ρi，Gi，vsi，Hi，ki(i=1，2，3)分别代表下卧层、软弱夹层和上覆盖层的密度、剪切模量、剪切波速、厚度和平均水平刚度。k22为软弱夹层液化后的平均水平刚度。