软夹层的位置对土层地震反应计算结果的影响.docVIP

防灾科技学院毕业论文

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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\o1-2\h\z\u引言 1

1、场地条件与输入地震动的特性 1

1.1场地条件 1

1.2一维地震反应分析方法 2

2、人工合成地震动输入时程 5

3、某场地地层分布情况以及工程概况 6

4、模型的设计与计算 8

4.1模型设计 8

4.2模型设计 9

4.3模型设计 11

4.4结果的比较与分析 12

5、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2-3

3、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