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土层非线性地震反应一维时域分析
卢滔;周正华;霍敬妍
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2008(29)8
【摘要】等效线性化方法在工程中经常被用于土层非线性地震反应一维数值分析,但考虑大震作用将较大峰值加速度时程作为输入时,该方法会引起过大的"共振"效应,造成对地表地震反应的误估。
为了更合理的估计非线性地震反应,提出了一种考虑拟合阻尼比、刚度比试验曲线的时域分析方法,并用于响嘡台阵场地土层地震一维非线性反应分析,通过数值模拟结果与实际记录的比较,验证了该方法的可行性。
最后,通过数值模拟证明该方法对大震情况下对地表地震反应的估计比等效线性化方法更为合理。
【总页数】7页(P2170-2176)
【关键词】非线性地震反应分析;等效线性化;时域非线性;归一化谱比
【作者】卢滔;周正华;霍敬妍
【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.土层非线性地震反应分析方法及其检验 [J], 齐文浩;王振清;薄景山
2.等效线性和非线性方法土层地震反应分析对比 [J], 王振华;马宗源;党发宁
3.基于FLAC3D的土层非线性地震反应分析 [J], 苏建锋
4.基于FLAC3D的土层非线性地震反应分析 [J], 苏建锋;
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关于利用一维波动理论计算土层地震反映传递函数的讨论曾心传;龚平;王岚
【期刊名称】《地壳形变与地震》
【年(卷),期】1996(16)1
【摘要】对利用一维波动理论计算土层地震反应时，将基岩假定为具有自由边界的半无限空间，输入地震记录、计算传递函数，进而计算土层地表的地震反应这一方法步骤的合理性进行了讨论。
理论推演表明，从基岩面输入地震记录和计算传递函数时，应当考虑基岩和上覆土层的相互作用影响。
数值算例表明，考虑与不考虑基岩和上覆土层相互作用的影响，算得的土层地面地震反应，无论加速度时程、峰值和反应谱，均存在不可忽视的差异。
【总页数】8页(P64-71)
【关键词】地震反应;土壤力学;传递函数;浓动理论
【作者】曾心传;龚平;王岚
【作者单位】国家地震矩地震研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.关于利用一维波动理论计算土层地震反映传递函数的计论 [J], 曾心传;龚平
2.用波动光学方法计算光学系统的传递函数 [J], 于维洲
3.土层地震反应传递函数的模拟 [J], 丁海平;金星
4.利用连续渗流理论构造股市指标波动模型及其讨论(英文) [J], 王宁;王军;董广华
5.关于“挡水坝地震反应上限基于动水压力影响矩阵的估算”一文的讨论——利用幂函数计算挡水结构的上界地震荷载 [J], 王珞珈
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成层地基一维土层地震反应解析
张为民;王春玲;黄义
【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(035)002
【摘要】基于改进的一维剪切梁模型,对成层土层推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式.首次证明了成层土层振型函数的正
交性,最后应用本解析解对一个算例进行了计算,得到了土层的最大地震反应值(位移、加速度、剪应力).
【总页数】3页(P159-161)
【作者】张为民;王春玲;黄义
【作者单位】西安建筑科技大学理学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学理学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学理学院,陕西,西安,710055
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.基于指数形式渗流的成层地基一维固结半解析解 [J], 李传勋;谢康和;胡安峰
2.成层地基一维土层地震反应解析解 [J], 高玉峰;金建新;谢康和;王朝晖
3.成层地基一维土层对地震的随机反应分析 [J], 黄义;王春玲;曹彩芹
4.关于“成层地基一维土层地震反应解析解”的讨论 [J], 王春玲;黄义
5.对“成层地基一维土层地震反应解析解”讨论的答复 [J], 高玉峰
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非线性土层随机地震反应的概率平均等价线性化法
吴再光;韩国城;林皋
【期刊名称】《岩土工程学报》
【年(卷),期】1989(11)4
【摘要】本文在总结现有计算土层平稳随机地震反应等价线性化法的基础之上,提出了新的概率平均等价线性化法,以单层土、单自由度水平剪切振动系统为例,用Monte-Carlo数值模拟法对本文方法及其它方法进行了统计检验。
结果表明,概率平均法概念明确,精度较其它方法更高,计算也不复杂,是一种较好的方法。
【总页数】8页(P9-16)
【关键词】土层;随机地震反应;非线性;等价线性化法;概率平均法
【作者】吴再光;韩国城;林皋
【作者单位】大连理工大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.滞变结构随机地震反应的等价线性化方法研究 [J], 赵晓宇;李军;李张苗
2.不同分布随机参数结构非线性地震反应的概率密度演化 [J], 杨俊毅;陈建兵;李杰
3.非线性土层平稳随机地震反应分析的等价线性化法 [J], 吴再光;韩国城;林皋
4.结构非线性随机地震反应的概率密度演化方法 [J], 刘章军;陈建兵;李杰
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一维场地地震反应分析中的不确定性研究赵松戈【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2000(000)010【总页数】1页(P33)【关键词】一维场地;地震反应分析;不确定性分析【作者】赵松戈【作者单位】辽宁省地震局地震研究所,沈阳【正文语种】中文【中图分类】P315.9在工程场地地震动的研究中，一维场地地震反应计算是一种常用的方法，但在计算模型、土层参数和输入地震动等环节上均存在不同程度的不确定性。
本文较系统地回顾与总结了有关场地地震反应分析不确定性研究的历史和现状，在此基础上重点研究了土参数不确定性对场地地震反应分析的影响。
本项研究首先探讨了土层剪切波速、厚度、密度以及非线性特性等的不确定性问题，在详细讨论分析以往的统计结果和计算方法的基础上，给出了土参数不确定性模型的合理估计，建立了土参数随机分布模型。
考虑到一次二阶矩方法的精度不高，而且一般只适用于小参数摄动，我们在研究中采用了二次二阶矩方法并推导了相关公式，给出了单层土模型传递函数的随机反应的解析解。
为了全面系统地验证二次二阶矩方法的精度和可靠性，在与一次二阶矩方法进行了全面对比分析的基础上，我们对只有一个随机自变量的单层土模型或多层土模型考虑了泰勒级数三次项的影响，结果表明采用二次二阶矩方法是必要的，文中指出了该方法的适用范围。
对于多层土且考虑土层非线性情况下，采用解析解将十分困难，本文对具有随机土参数的多层土模型采用中心差分法求解频域中的随机地震反应，利用等效线性化方法给出了一维场地的传递函数以及加速度反应的实部和虚部的方差。
在此基础上，依据傅氏变换和地震波本身的一些特点，我们得到了随机地震反应的近似时域解，并指出这种近似解适用于在输入地震动平稳段持时大于5 s时计算地表加速度幅值的标准差。
反应谱是结构抗震设计中最常用和有效的设计地震动参数。
但是，除了Monte Carlo法之外，以往的研究都没有进行土参数随机性对场地地表反应谱影响的定量分析。
场地土的一维非线性地震反应分析方法
廖河山;徐植信
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】1992(12)4
【摘要】本文应用一维复合应变波理论和特征线差分法,研究覆盖土层的非线性地震响应。
为了较真实地反映土在不规则循环加载条件下的本构关系,本文采用了多屈服面运动硬化弹塑性模型。
此外,在覆盖层与基岩半空间的界面上,本文引进了弹性边界条件,它能模拟波在半空间介质中的传播过程,从而使数值分析结果更加接近实际。
本文为南浦大桥提供的16组沿深度分布的地震加速度时程,已经应用于南浦大桥的抗震设计中。
【总页数】10页(P30-39)
【关键词】场地;土层;地震;非线性;分析
【作者】廖河山;徐植信
【作者单位】同济大学
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.基于非线性桩土作用黏土场地桥梁地震反应分析 [J], 仲浩然
2.天津滨海软土一维场地地震反应非线性分析研究 [J], 陈万山;赵瑞斌;吕丽华
3.双向水平地震作用下场地土三维非线性反应分析 [J], 梁发云;陈海兵;黄茂松
4.天津滨海软土一维场地地震反应非线性分析研究 [J], 陈万山;赵瑞斌;吕丽华;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于等效线性化方法的一维土层地震反应通用计算程序对比马俊玲;丁海平【摘要】The method of one-dimensional site seismic response analysis based on equivalent linear analysis is widely used at home and abroad.For example,SHAKE91,DEEPSOIL and LSSRLI-1 are general calculation programs in abroad based on this method.In this paper,we compared and analyzed the results of site seismic response calculated by the three general calculation programs under different input earthquakes,different seismic amplitude values and different types of site layer.The results show that:①The SHAKE91 and DEEPSOIL basically produces the same results.②When the maximum shear strain of layer is calculated in time domain,the calculation results of LSSRLI-1 are almost identical with those of SHAKE91 and DEEPSOIL,but with slight differences.The reason is that the interpolation method,based on the equivalent shear strain through the relationship of the discrete form of shear modulus and damping ratio with equivalent shear strain to determine the equivalent shear modulus and damping ratio,used in DEEPSOIL and SHAKE91 is different from that of LSSRLI-1.③When the frequency domain empirical relationship is used to calculate the maximum shear strain of soil in LSSRLI-1,under strong input ground motions,the calculation peak acceleration and ground acceleration response spectra of the soil are different from those of the other two programs,and the maximum shear strains of layers calculated by LSSRLI-1 and the other two programs are greatly different with the increase of inputacceleration.Therefore,when soil seismic response analysis is performed using LSSRLI-1,we suggested that the method of time domain should be used instead of the method of the default frequency domain empirical relationship.%基于等效线性化的一维土层地震反应计算是目前国内外普遍采用的方法,国外的SHAKE91、DEEPSOIL和我国的LSSRLI-1即是根据这一方法编制的通用计算程序.本文采用这3个程序进行了不同地震波、不同输入地震动幅值下不同场地类型的土层地震反应计算,并对三者的结果进行了全面的比较分析.结果表明:①SHAKE91和DEEPSOIL程序的计算结果完全相同;②当土层最大剪应变均采用时域计算时,LSSRLI-1程序的计算结果与SHAKE91和DEEPSOIL程序基本相同,但有微小差别,其原因是:在基于等效剪应变通过离散形式的剪切模量和阻尼比随等效剪应变变化的关系曲线确定等效剪切模量和阻尼比时,DEEPSOIL和SHAKE91采用的插值方法与LSSRLI-1不同;③当LSSRLI-1程序采用频域经验关系计算土层最大剪应变时,特别是在强地震动输入下得到的土层地表加速度峰值和加速度反应谱与另外两个程序的计算结果有差别,且土层最大剪应变随着输入加速度的增大出现较大的差别.因此,本文建议:当采用LSSRLI-1程序计算土层地震响应时,应使用程序中的时域解方法代替以往默认的频域经验关系方法.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2017(012)004【总页数】18页(P725-742)【关键词】等效线性化;土层地震反应分析;SHAKE91、DEEPSOIL和LSSRLI-1程序【作者】马俊玲;丁海平【作者单位】苏州科技大学,江苏省结构工程重点实验室,江苏苏州215011;苏州科技大学,江苏省结构工程重点实验室,江苏苏州215011;中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080【正文语种】中文合理的地震动输入是进行结构抗震分析和抗震设计的基础，而场地条件则是影响地震动的主要因素之一。
一维土层非线性地震反应分析的解析递推格式法*李大华1，2 罗兆辉21李凡2肖志毅2孙立彬2天津市地震局（300201）2天津城市建设学院（300381）email: leedahua@摘要：本文引入 “结构动力学数值分析解析递推格式法”求解软土地基地震反应分析问题，论文研究表明，解析递推格式方法计算精度较高，是无条件稳定的算法，可以解决不等 时间步长问题。
该方法是求解非线性振动问题的通用数值计算方法， 较为适合土层地震反应 分析问题。
论文就一维软土地基非线性地震反应分析问题， 把解析递推格式方法与等效线性 化方法进行了比较，结果表明：① 软弱土层地震反应分析时，两种方法计算结果差别较大； ② 入射波幅值较大时，两种方法计算结果差别较大；③ 对于中等硬度土层、较小入射波幅 值时计算结果相似。
关键词：软土地基，一维土层，非线性地震反应，数值分析，解析递推格式1．前言我国是多地震国家 ，近十年来，七级以上的地震频繁发生 。
地震造成了严重的建筑 物破坏及人员的伤亡。
一般来说，地震烈度Ⅵ度地震时建筑物就有可能发生损坏，Ⅷ度以上 时建筑物可能发生严重的破坏和倒塌 。
许多地震震害表明，软土场地的震害比基岩或硬土 场地要严重得多[4-6] [3] [1] [2]。
现代几次大地震，如 1976 年唐山大地震、美国 1989 年的Loma Prieta[7]地震、1994 年的Northridge地震和日本 1995 年的阪神地震都袭击了滨海城市，造成了很大 人员伤亡及建筑损失。
人工回填和海湾软土场地震动放大问题也引起了人们普遍关注 。
天津的第四系覆盖土层有几百米厚，地表以下 30 米一般表现为陆相—海相—陆相的完 整沉积旋回，显然天津地基普遍是软土地基。
天津处于华北强震活动区，是一个地震频度较 高的地区。
天津地区的软土地基，持力能力较差，场地地震动卓越周期较长，未来地震时的 场地地震动对一些高层建筑可能非常不利， 对超高层和大跨度建筑甚至是更危险的。
这就使 得软土地基地震反应分析问题的研究在天津经济建设中尤为重要。
天津市正在兴建地铁， 还 将要兴建大量地下隧道和地下车库， 这些地下建筑物的抗震稳定性问题是城市建设中急需解 决的问题之一，也是天津城市建设中面临又一主要地震工程问题 。
但是目前地震这种突发式自然灾害还没有一种很有效的方法对其进行预报和预警， 人们 能够做的更多的是以“预防为主”来防震减灾。
防震减灾的一个有效措施就是对建筑结构进 行动力分析和抗震设计，这时，必须首先确定合理的设计地震动。
设计地震动是指在抗震结* 天津市建委科技项目资助。
[8]构动力反应分析和结构振动试验中所采用的、 按抗震设防标准所确定的地震动参数， 包括峰 值加速度、反应谱以及加速度时程等。
设计地震动的合理确定直接关系到抗震设防的效果， 如果设计地震动选的过小，达不到抗震设防要求；如果设计地震动选的过大，会造成很大的 浪费。
这就要求设计地震动计算过程、试验数据的采集及计算方法都要比较准确。
尽管软土地基地区为数不多， 针对软土地基的地震反应分析数值计算方法的研究还不够 充分。
然而，中国却有很多发达地区又都处于软土地基地区，例如，以上海为中心的长江三 角洲地区、以港澳和广州为中心的珠江三角洲地区、以山东东营为中心的黄河三角洲地区、 以天津为中心的海河地区等， 所以软土地基地震反应数值分析方法的研究仍有重要的实用意 义和经济前景。
因此本文研究更显得十分的必要，研究成果将明显具有科技进步意义。
2．土层地震反应分析研究现状土体在地震动作用下的反应分析即是求解地震时土体中各点运动的位移、 速度、 加速度 以及应变和应力等动力学参量，分析时，必须正确考虑土体的动力学特性、几何尺寸、地震 动的特性以及边界条件，要求有高精度的求解算法，只有保证求解量的精度，才能为正确估 价土体在地震时的反应提供可靠的依据。
2.1．目前采用的土层动力反应分析的计算方法 （1） 土层地震反应分析，可以在时域或是频域计算。
在时域内可以用时程分析法（逐 步积分法）求解，其中包括线性加速度法、Wilson─θ值法、Newmark常值加速度法等。
现 在工程上多采用的是由Idriss和Seed提出的等效线性化方法在时域或是频域内算法， 以及基 于此方法的一些推广。
目前国际和国内还有一些基于这些方法延伸的研究[14,15,16]。
（2） 地震反应计算方法， 按数学求解方法可分为波动解和振动解两类。
在一般计算中， 二者的区别还主要是采取不同的计算模型。
振动法一般在时域或频域内进行， 数学处理方便； 波动法在频域内进行，数学计算复杂，但较容易考虑能量辐射问题。
（3） 建立水平土层的力学模型有剪切梁模型、有限元模型等，以一维剪切梁模型为基 础建立起来的土层地震反应分析方法，已在我国各抗震城市地震小区划中得到了广泛应用。
（4） 目前关于地基计算的许多方法已经被编成了相应的计算程序，如美国加州伯克里 地震中心的 SHAKE（频域法） 、MASH（时域法） 、香港科大的 GSUMDES（一维弹塑性问 题）等，在很大程度上方便了使用。
2．2 江静贝 国内外研究概况、水平[17]从 60 年代起，Idriss and Seed[20]、Joyner and Chen[18]、Pyke、王志良[19]、符圣聪、等许多学者用弹性频域方法、 弹性时域方法、 非线性等效线性化方法等进行了土层地震反应分析，成果很多，应用成效显著。
目前在国际上，一些对于线性或非线性地震反应分析方法的研究也很多，例如美国的 Ajay Singhal[21]、Singh, Sukhmander[22]等。
也有一些针对软土地震动反应的研究，通过试验 和计算的对比观察软土地基及上部结构的震动情况[23]，建立了软土非线性剪切模型，用于 分析一维软土地震动时程反应[24]。
还有在软土地基上应用了几种非线性文克勒地基梁 （Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF)）方法来预测软土地基地震反应[25]。
在国内，同济 大学 [26,27]、河海大学 [28]、长安大学[29]、浙江大学、天津大学[35-2，64]、西安建筑科技大学[65]等在土体的动力问题等方面都有研究。
针对DuhameI，Newmark等传统方法进行时程积分时仍 需耗费较多计算时间的问题，林家浩、钟万勰提出了一种高精度时程积分方法，用精细积分 方法建立了倍步长与等步长积分格式，但是不能计算不等步长的问题[30,31,32]，还有利用逐步 积分法中的线性加速度法等为基础，导出时程分析法的其他推广形式[33]。
同济大学，天津 大学等针对上海、天津等深厚软土层地区提出了一种能够全面考虑饱和软土体应力、应变、 振动孔隙水压力、震陷的等效线性化动力耦合计算模型[34]；根据饱和软粘土动三轴试验结 果，将循环弱化参数引入等价线性模型，建立起描述软土动力特性的循环弱化关系，进而给 出一种能够反映软土动力弱化影响的软基震陷分析方法[35]。
但是总体来说，目前针对软土 动力问题的研究相对较少， 随着经济发达地区软土问题以及综合抗震问题的不断出现， 现在 对软土地震反应的研究也逐渐受到重视。
2.3 等效线性化方法应用于土层地震反应分析中的讨论 等效线性化方法在求解各种非线性问题中应用很广泛。
土层地震反应的计算， 工程中常 用的就是等效线性化方法。
天津市普遍使用的地震安全性评价软件是中国地震局工程地震研 究中心的 ESE 软件，其核心就是等效线性化方法在频域内的求解。
由于其应用的广泛性，所 以具体介绍等效线性化方法以及利用此方法与本文方法进行对比是很有意义的。
等效线性化方法的基本思想是考虑到非线性问题时通常是在平均的意义上用一条等效 的稳态曲线近似的表示所有原来真实地震波穿过土层时， 即体系在整个地震作用期间的反应 可以用一平均意义下的不变的剪切模量和阻尼比来计算 ⑴ 假定各土层中土体的初始等效剪切变 ⑵ 利用 G / Gmax − γ 和 λ − γ 曲线给出与[74]γ jeq ； γ jeq。
具体做法为：相对应的 G j 和 λ j ；⑶ 用 G j 和 λ j 作为初次迭代数据，进行反应的线性计算。
然后把体系振动的全部时间 中每一计算时刻的土层剪应变反应的绝对值加以平均，可计算出新的等效剪切应变值 ⑷ 以γ ∗jeqγ ∗jeq取代γ;jeq，重复(2)、(3)和(4)过程，直至先后两次计算所得等效剪应变值所对应 G j 和 λ j 的差值满足给定精度为止； ⑸ 最后一次迭代计算所得到的运动量u j (t )，以及其他量，即为所求。
等效线性化方法工程应用， 在一定的条件下也能保证计算结果有足够的精确性， 但很多 理论证明只有当非线性特别小时， 等效线性化方法求解非线性问题才是合理的， 其计算误差 随着土层非线性的增大而增大。
以下是近期对等效线性化方法的研讨综述： * 李小军在其硕士论文[70]中就等效线性化方法与某种非线性方法进行了对比， 结果表示只 有当土层非线性较小时，等效线性化方法比较合理，在软弱土层以及强震中差别较大。
* 薄景山、李秀领、李山有在文章[36]中提出：当基岩输入地震动幅值较大时，特别当土层 含有软弱层时，等效线性化土层反应分析方法会增大其非线性化计算效应。
* 袁晓铭[37]指出， “十五”应重点加强柔性土体地震反应和结构动力相互作用研究，应重点研究非线性土层反应分析方法， 关键是考虑土体强柔性作用， 改进现有土层非线性分析方法。
* 林皋、 孔宪京在文章[38]中指出等效线性化方法对于深厚基础上的高频强震分量不能给出 满意的结果，方法仍有待于改进。
* 周克森在文章[39]中通过几个典型算例的分析表明， 土层结构复杂且又软弱层时， 非线性-3-反应分析结果与等效线性化得出的相应结果，具有明显差异，非线性反应谱高频峰值增大。
* 杨伟林、陈国兴、严新育，高志兵在文章[40]中在南京地区软土地基中，用等效线性化方 法算得的反应谱与场地实测卓越周期相差较大。
* 李小军、彭青、刘文忠 * 戚承志、钱七虎[42] [41]对各类场地条件对地震动的影响进行了分析，指出当地震动强度较大时，Ⅲ、Ⅳ类场地计算结果与实际相差较大，其可靠性及合理性值得进一步研究。
指出，核电站抗震设计中采用的迭代线性化方法在频域内的解法，精 度还存在许多问题，尤其是在深软土层条件下。
* 栾茂田、邵宇、林皋在文章[43]中指出，等效线性化方法无法准确的再现地震中土体的真 实力学性态， 其实际中的近似程度及适用条件尚未得到充分论证， 应该发展非线性分析方法。
