场地盆地效应的振动台试验研究

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近些年来,场地盆地效应对地震动的影响越来越受到学者们的重视。随着研究的深入,人们对场地盆地效应有了一定的认识与了解。首先,盆地的特殊地形对地震波的传播会产生很大的影响,地震波从松软土层进入基岩时,反射回盆地内部的地震波能量大于向外扩散的地震波能量,使得地震波能量聚集在盆地的内部,导致地震动的明显加剧。其次,在盆地的边缘区域,地震波因衍射产生面波,而面波的衰减速度较体波慢,从而导致地震动的持时增长。另外,场地盆地效应对长周期地震动会产生更为明显的放大效应,加剧地震动的灾害作用。  地震动的传统研究一般采用数值模拟结合理论分析进行,再结合实测数据进行对比研究。但是,场地盆地效应的大型室内振动台试验研究目前很少见。本论文通过大型振动台试验以及ABAQUS有限元模拟分析,对场地盆地效应进行了较为深入的研究。  本文主要开展了以下几个方面的研究工作:  (1)由于土体无法像结构一样进行配重,会导致在相似比设计中产生相似畸变,要降低相似畸变则需要找出一种高容重、低模量的模型土体。前人的研究表明,锯末可以很好地降低土体的模量,虽然容重同时也会降低,但可在一定程度上降低相似畸变。本研究采用在粉质粘土中惨和锯末的方法来配制模型土体,通过一系列的共振柱试验,选出最优的配比比例,以此配比来制作振动台试验所需的模型土体。  (2)本文进行了两个振动台试验,即盆地地形振动台试验和自由场地振动台试验。为模拟盆地地形,设计研制了一个倾角为45度的理想盆地地形土箱。为方便与盆地地形振动台试验作对比,自由场地振动台试验采用橡胶制作的圆筒形柔性土箱,柔性土箱的深度以及上口径与盆地土箱相同。  (3)通过两个振动台试验对比,可以明显地看到,在三条地震波的输入下,对比地表各测点测得的加速度,发现盆地地形的地震输出数据均比自由场地的要大,这证明盆地对地震动有着一定的放大效应。而在聚焦效应区域内以及边缘效应区域,该放大效果更为明显。在大震下,聚焦效应区域内地震动的放大效应达到2.0-2.3倍;边缘效应区域内地震动的放大效应达到2.5-2.9倍;而在这两个区域之外的测点,放大效果明显较小,在1.5倍左右。  (4)采用ABAQUS有限元软件对场地盆地的地震动放大效应进行了模拟。采用三维实体单元模拟土体,土体的边界分别采用刚侧壁和橡胶侧壁,对照试验中的真实情况进行建模。计算结果与试验结果的吻合度较好,进一步证明了场地盆地效应对地震动的放大作用,同时也证明本论文ABAQUS有限元模拟的准确性较好。
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