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区域性土的动力特性及对地下结构抗震分析的影响

作　者: 李亚东
导　师: 崔杰
学　校: 广州大学
专　业: 岩土工程
关键词: 地下结构土刚度变化振动台试验场地地震分析 ABAQUS软件
分类号: TU93;TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

影响地下结构的抗震能力的主要因素是围岩的动力特性,对与一些浅埋地下结构,周围土的动力特性及地震反应影响到地下结构在地震作用时的反应,同时,探讨土的动力反应分析方法,归纳土的动力特性,对分析地下结构的抗震能力是十分必要的。另一方面,场地条件无疑是影响地下结构地震反应的主要因素,其中,场地的地质构成,土的层分性,会导致一些土的刚度突变,如含有软的夹土层,这样对地下结构的抗震性能产生很大的影响。同时,本论文首先对比分析和讨论了现有常用的几种土层分析方法,在此基础上,针对现有的钻孔资料的土层构造特性,归纳了不同土层构成时土的动力特性。开展了试验和理论研究,探讨土层刚度变化对地下结构的地震反应特点,为地下结构的抗震设计与分析提供指导性的意见。论文的主要研究工作如下:1.分析比较目前国内外运用广泛的场地地震分析程序(NERA、LSSRLI、SHAKE),得出它们比较适用的工况条件。运用场地的非线性程序,结合珠三角与上海地区的钻孔,拟合出适用于珠三角地区与上海的场地最大加速度、最大位移分别与深度的曲线。2.针对目前地下结构振动台试验考虑的场地条件相对简单等问题,通过改变场地刚度,设计了大型振动台试验。结合试验结果,分析得出了场地刚度变化对场地特性的影响规律、场地刚度变化对地下结构的影响情况,同时对比分析出地下结构对场地的影响规律。3.运用ABAQUS有限元软件,对原试验进行二维简化模拟,利用其容易实现工况等优点。通过改变场地的软弱层的厚度,分析在不同软弱层厚度工况下,场地与结构的响应;以及改变薄夹层相对于结构的位置,分析场地与结构的响应情况。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 土的动力反应分析方法  12-13
  1.3 地下结构抗震研究方法  13-15
    1.3.1 原型观测方法  13-14
    1.3.2 理论分析方法  14-15
    1.3.3 模型实验方法  15
  1.4 本文的工作意义  15-16
  1.5 本文工作内容  16-18
第二章三个地震反应计算程序简介  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 SHAKE91 程序简介  18-20
    2.2.1 SHAKE91 计算原理  18-19
    2.2.2 SHAKE91 计算的基本步骤  19-20
    2.2.3 SHAKE91 程序的主要修正  20
  2.3 LSSRLI-1 程序简介  20-22
    2.3.1 线弹性土层地震反应分析  20-22
    2.3.2 非完全弹性土层的稳态地震反应  22
    2.3.3 非线性土层暂态地震反应的等效线性化解法  22
  2.4 NERA程序简介  22-26
    2.4.1 NERA程序计算原理  23-24
    2.4.2 NERA程序计算的主要步骤  24-26
第三章土的动力反应分析  26-50
  3.1 引言  26
  3.2 地震波的选择  26-27
  3.3 场地资料的分类  27-28
  3.4 非线性程序对比  28-33
    3.4.1 分析得出结果对比  28-32
    3.4.2 小结  32-33
  3.5 加速度与位移随深度变化分析与拟合  33-49
    3.5.1 场地分布情况  33
    3.5.2 拟合的依据与方法介绍  33-38
    3.5.3 拟合的曲线与方程  38-48
    3.5.4 结论  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章振动台试验设计  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 模型箱的设计  50-52
  4.3 相似比确定  52-54
    4.3.1 相似理论及原则  52
    4.3.2 动力相似准则的确定  52
    4.3.3 试验土的相似比  52-53
    4.3.4 结构模型的相似比  53-54
  4.4 结构配重的确定  54-55
  4.5 模型的制备  55-57
    4.5.1 土的制备  55-56
    4.5.2 结构模型的制备  56-57
  4.6 设备介绍与传感器布置  57-60
    4.6.1 设备及仪器的介绍  57-58
    4.6.2 传感器布置  58-60
  4.7 加载方案  60-64
第五章试验结果对比分析  64-86
  5.1 引言  64
  5.2 结构与模型箱的自振频率  64-65
  5.3 宏观现象  65
  5.4 孔隙水压力时程  65-68
  5.5 场地的动力特性对比  68-69
  5.6 场地在土刚度变化的动力响应对比  69-75
    5.6.1 加速度时程与放大系数  69-72
    5.6.2 频谱响应对比  72-75
  5.7 场地土层刚度变化对地下结构抗震反应的相互影响  75-84
    5.7.1 地下结构对场地地震响应的影响  76-80
    5.7.2 土刚度变化对地下结构的影响  80-84
  5.8 本章小结  84-86
第六章二维有限元简要分析  86-110
  6.1 引言  86
  6.2 ABAQUS简介  86-87
  6.3 ABAQUS的建模  87-90
    6.3.1 土的Mohr-Coulomb本构模型  87-88
    6.3.2 混泥土的损伤塑性本构模型  88
    6.3.3 岩土工程的边界条件选择  88-90
  6.4 模型的建立  90-93
  6.5 不同场地条件下的地震反应分析  93-108
    6.5.1 不同场地条件下地表加速度反应分析  93-96
    6.5.2 砂土薄夹层位置对地表加速度的影响  96-98
    6.5.3 不同场地条件下结构加速度反应对比分析  98-102
    6.5.4 砂土薄夹层位置对结构加速度反应的影响  102-106
    6.5.5 不同场地条件下结构应变的反应分析  106-107
    6.5.6 砂土薄夹层位置对结构应变的影响  107-108
  6.6 本章小论  108-110
第七章结论及展望  110-112
  7.1 本文工作总结  110-111
  7.2 今后工作展望  111-112
参考文献  112-116
攻读硕士学位期间发表的论文  116-117
致谢  117

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