土體弱化與地震動關聯性理論及相互作用規律研究

陳龍偉

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

土體弱化與地震動關聯性理論及相互作用規律研究

陳龍偉

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

宏觀震害經驗表明，地震中軟弱場地、土體非線性以及可液化土層等對上部工程結構、地基基礎與地下工程結構物的破壞影響很大。而地震荷載對工程結構的影響主要從慣性力和變形兩個方面考慮。對地上建筑結構而言，慣性力起控制作用，土體非線性對慣性力的影響在抗震設計中由反應譜體現，此部分由地震動的加速度反應譜控制；對于地基基礎和地下結構而言，土體變形作用超過了慣性力的作用，此部分由地震動中位移響應控制。

土體弱化主要表現在3個方面，一是場地本身很軟；二是強震下土體強非線性引起的土體軟化；三是地震下土層液化導致的土體軟化。這3個方面對地震動加速度反應譜和土層變形均有很大影響。這類問題實際上是不同類別的場地上地震波引起場地土體弱化，弱化土層又引起地表地震波的變化，屬于典型的地震波－土層弱化動力相互作用。這種相互作用研究的關鍵是地震波與弱化土層特征關聯性的理解及相互作用規律的掌握，但目前國內外對其機理和規律還沒有形成完整的認識，土體弱化與地震動之間關聯性的量化關系研究尚少，理論基礎較為缺乏。

本論文將土體弱化（含液化）與地震動的關系進行統一考慮，利用波動理論和動力學原理，以土體弱化和地震動關聯性理論及相互作用規律為主題，提出簡化理論模型并給出頻域和時域解答，分析討論各參數影響，利用理論解的優勢，初步提煉土體弱化和地震動關聯性的量化關系及相互作用規律。主要工作和成果如下：

（1）利用大型振動臺試驗手段研究飽和砂土液化對地表運動的影響，了解場地液化地表運動規律及孔壓升高地表運動變化過程；掌握土層在動荷載作用下弱化損傷條件地面運動和變形的發展過程，提出土體弱化下土表運動變化特征。

（2）分析現有孔壓增長模型，提出適于水平土層應力條件的修正的孔壓增量計算模型，采用逐波循環（Cycle-by-Cycle）迭代法逐循環累積計算孔壓比發展進程，給出隨機荷載下孔壓比增長計算方法，并利用振動臺試驗結果驗證修正模型的合理性。

（3）建立水平工程場地土體弱化下地面運動的簡化計算模型，根據穩態波頻域解推導地表運動（加速度和位移）頻域響應的理論解答，通過參數分析討論土體弱化對地表運動響應的影響因素及規律，指出土體弱化過程和液化后地表響應特征。

（4）采用土體弱化地面運動變化過程的簡化計算模型，利用Fourier正（逆）變換方法給出動荷載作用下地表運動過程描述的時域解析解答，通過數值計算，分析土體弱化對地表運動時程的影響規律和特征，并結合大型振動臺試驗結果驗證時域解答的合理性。

（5）通過簡化模型解析解分析提取出土體弱化特征量以及土體弱化引起地震波譜變化的特征量，提出土體弱化對地震動影響的參數指標，建立土體弱化過程與地震波特征的關聯性及相互作用規律，得到土體弱化過程與地震波特征的關聯性和相互作用規律定性方面的初步認識。

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.04.011

土體弱化；關聯性；理論解答；模型；地震動；反應譜；孔壓

（作者電子信箱，陳龍偉：longweichen83＠gmail.com）