土体随机地震反应及永久变形分析29页PPT

第八章土体的地震反应变形与稳定分析、1976年唐山大地震，造成了大量建筑物的破坏。

土工抗震学是以研究土工建筑物抗震性能为内容的地震工程学科的一个重要分支.土工抗震学的一个主要内容是土工建筑物的地震反应、变形与稳定分析，通过这些分析，将有助于正确评价土工建筑物的抗震性能，为土工建筑物的抗震设计及安全使用提供正确指导。

本章将讨论土工建筑物地震反应、变形与稳定分析方法。

在介绍理论分析方法之前，还需对地震震级、烈度与基岩运动特征有一些初步的了解。

8.1地震的震级、烈度与基岩运动特征我国位于世界两大地震带:: 环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育8.1.1震级8.1.1 震级•震级表示地震本身的大小，用地震发生时的弹性波幅值来衡量。

目前使用的震级是Richter提出的。

•地震释放出巨大的能量，为了给震级以明确的含义，需建立起震级M与释放能量正之间的换算关系，常见的有Gutenberg和Richter(1956)提出的经验公式：lgE=4.8+1.5M•E是地震所释放的能量，以J为单位8.2 烈度•烈度是指某一地区和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。

•对于一次地震，震级只有一个，而在各地所造成的影响是不同的，越靠近震中，震动越强烈，影响越大，即烈度越高。

•基本烈度是指一个地区在今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度，即现行《中国地震烈度区划图》(1990)规定的地震烈度。

标示的地震烈度值是指在50年期限内一般场地条件下可能遭受超过概率为10％的烈度值。

•场地烈度是指建筑物场地因地质、地貌、地形和水文地质条件等的不同而引起的地震基本烈度的降低或提高的烈度，一般比基本烈度提高或降低半度至一度。

•设计烈度是指根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及国民经济的条件，对不同建筑物将建筑场地烈度按国家标准权限审定加以调整后的抗震设防烈度。

烈度表•世界上的烈度表有数十种，目前普遍采用的是划分为12度的烈度表，少数采用划分为10度的(欧洲一些国家)和8度的(日本)。

地震ppt1. 地震简介地震是地球上的一种自然现象，是由于地壳内部的应力积累超过了其承受能力而引起的地表震动。

它是地球的一种重要力学现象，不仅对地质学、地球物理学、地理学等学科有重要影响，还直接影响着人类的生活和安全。

2. 地震的发生原因地震的发生原因主要归结为板块运动引起的地壳变形。

地球的外部是由若干个大型板块构成的，这些板块不断地以相对缓慢的速度进行运动。

当地球板块相互碰撞、相对移动或发生剪切时，会导致地壳内部的应力不断积累。

当这种应力达到一定程度时，地壳就会发生断裂，造成地震。

3. 地震的分类根据地震震源的深度分类，地震可分为浅源地震、中源地震和深源地震。

•浅源地震：震源深度在0-70千米的地震称为浅源地震。

这种地震的破坏力较大，主要影响地表和浅层建筑物。

•中源地震：震源深度在70-300千米的地震称为中源地震。

这种地震的震感面积较大，破坏力较强，但对于地表的影响较浅源地震要小。

•深源地震：震源深度超过300千米的地震称为深源地震。

这种地震的震感面积较大，但对地表破坏力较小。

4. 地震的危害地震对人类社会和自然环境都带来了严重的危害。

主要危害包括：•人员伤亡和生命安全的威胁：地震会引发建筑物的倒塌、山体滑坡、地面裂缝等，造成人员伤亡和生命安全的严重威胁。

•经济损失：地震引发的破坏会导致巨大的经济损失，包括房屋倒塌、道路中断、基础设施损毁等。

•环境破坏：地震可能导致水库溃坝、地质灾害、海啸等，并对环境造成永久性损害。

5.地震的预防和应对为了降低地震灾害带来的损失，人们需要采取一系列的预防和应对措施：•加强地震研究和监测：通过地震仪器的安装和地震数据的收集，可以提前发现地震的迹象，加强对地震发生的监测和预报能力。

•建设抗震设施：在建设建筑物和基础设施时，采用抗震设计和抗震建设技术，以提高建筑物和桥梁等的抗震能力。

•加强应急救援能力：组织和培训专业的救援队伍，提供快速、有效的救援和医疗救助。

•加强宣传和防震教育：通过媒体和教育机构，向公众普及地震知识，提高公众的自救互救意识和应对能力。

土体随机地震反应及永久变形分析首先，土体随机地震反应分析是指在地震作用下土体的振动特性研究。

地震是一种随机振动，具有广义的频率谱特性，因此需要采用随机振动理论进行分析。

在土体随机地震反应分析中，常用的方法有时程分析和频率响应分析。

时程分析是通过模拟地震波对土体进行具体时程的振动分析，得到土体的动态响应。

频率响应分析是通过对地震波的频谱进行分析，得到土体的频率响应特性。

这两种方法可以相互验证，是土体地震反应分析中常用的方法。

在进行土体随机地震反应分析时，需要确定土体的地震波输入。

地震波输入包括地震波的振动频谱、持时、峰值加速度等参数。

这些参数可以通过对地震历史数据的分析、地震发生区域的地形地貌和地震活动性质的研究来获取。

同时，还需要确定土体的力学参数和边界条件，包括土体的动力弹性模量、松散度、粘聚力等参数，以及土体与结构物之间的耦合条件等。

土体随机地震反应分析的结果主要包括土体的加速度响应、速度响应和位移响应等。

这些结果可以用来评估土体的抗震性能和结构物的地震响应。

通过对土体不同位置的响应进行比较分析，可以确定土体的强度分布和变形特性，为土体的抗震设计提供参考依据。

与土体随机地震反应分析相对应的是土体永久变形分析。

随着地震的作用，土体会发生永久变形，这是由于土体的压缩和剪切变形引起的。

土体永久变形分析需要考虑土体的非线性特性，常用的方法有塑性模型和黏弹性模型。

塑性模型是通过设定土体的塑性特性来模拟土体的非线性变形。

黏弹性模型是通过引入黏滞阻尼来模拟土体的非线性变形。

这些模型可以通过试验和已有数据进行参数的确定。

土体永久变形分析的结果主要包括土体的聚集变形、松散变形和剪切带等。

这些结果可以用来评估土体的稳定性和抗震性能。

通过对土体不同位置的变形进行比较分析，可以确定土体的承载能力和应力分布，为土体的承载能力评估和结构物的抗震设计提供参考依据。

综上所述，土体随机地震反应及永久变形分析是地震工程中的重要内容。

土石坝地震永久变形分析土石坝地震永久变形分析有三类方法。

一是以纽马克（，1965）提出的刚体滑动面假设和屈服加速度概念为基础，建立的滑块位移计算法。

二是以舍夫（）和西特（）等提出的应变势概念为基础建立的整体变形计算方法。

三是利用弹塑性模型直接求出塑性变形，即所谓的真非线性分析方法。

真非线性分析不论在计算方法还是弹塑性模型建立及参数的确定方面目前尚不成熟。

因此，目前应用较多的仍然是一、二类方法。

其中第二类方法中，若须同时计入残余剪应变和体应变，由于目前测定残余体应变只能是在坝料浸水饱和时进行，用此参数进行计算实际上意味坝料是全部浸水饱和情况，这和坝体的实际运用情况并不完全符合。

1 Newmark滑块分析法1965年，美国学者Newmark基于极限平衡理论，提出了一个用于评价土石坝地震永久滑动变形的分析方法【1】。

其基本出发点是：当滑动面以上土体的加速度超过材料的屈服加速度时，沿滑动面就会发生滑动。

假设滑动变形是由于滑动体沿着最危险滑动面在地震作用下发生瞬态失稳时滑动的位移累积产生的。

2.5.1.1 Newmark方法基本步骤（1）屈服加速度，假定滑动体稳定安全系数Fs=1.0，采用擬静力法结合各种常用的极限平衡分析法求解滑动体的屈服加速度。

（2）时程有效加速度，土石坝中预期滑动体上在地震时程中的平均加速度反应称为有效加速度。

计算时，先对坝体进行动力反应分析，然后求出滑动体上总的水平力，除以滑动体质量，得到时程有效平均加速度。

（3）永久滑动位移，对某一预期滑动土体，当地震引起的有效加速度超过其屈服加速度时，就认为有滑动位移产生，其大小由加速度差值的两次积分求得到。

许多学者在Newmark方法的基础上进行了改进。

Frankin和Chang按照Newmark刚塑滑块原理，利用数条实测地震加速度纪录和人工加速度时程曲线，进行了土石坝坝坡地震滑动位移计算，补充了Newmark在1965年报告中的数据，绘出了不同情况下标准化最大滑动永久位移和最大抗滑地震系数以及最大地震加速度系数之比之间的关系上包线。