巖土的抗震分析方法和實例.ppt

土的抗震分析方法和分析實例 設計概念 1. 小震不壞 2. 中震可修 3. 大震不倒 考慮地區(qū)特性 1. 考慮基礎所在地域的特性，決定場地地震加速度響應系數(shù) 2. 通過能反映現(xiàn)場特性的室內外試驗，決定要輸入的參數(shù)。 3. 地震 4. 設計地震等級為 6.5 耐震設計基準研究 (建設交通部 道路橋耐震設計基準 港口及漁港設施的耐震設計標準書 供水設施的耐震設計基準 住宅公社土木結構物耐震設計指針 土地公社小區(qū)構成設施的耐震研究 城市鐵路耐震設計 主要設施耐震設計基準的重新整理 廢棄物埋設設施的耐震設計基準研究 韓國抗震設計基準 耐震設計性能基準 功能執(zhí)行水準 - 發(fā)生設計地震時，產生的位移在容許范圍以內或通過局部維修可繼續(xù)使用 防止倒塌水準 - 容許有限的結構損壞，但是通過緊急維修象港口設施應能發(fā)揮使用功能 - 可使用比功能執(zhí)行水準較低的安全度 耐震特級結構物 原子能設施、軍事設施、廣播設施等 耐震 1級結構物 - 發(fā)生地震時因為結構破壞會引起很多生命和財產損失 - 對地震災害恢復起重要作用的結構物 - 國防用結構物 根據(jù)結構物所處的位置、戰(zhàn)略性、用途主觀決定，需要與設施管理機關協(xié)商 耐震 2級結構物 一般結構基礎物 對護岸墻、堤防等長度較長的結構不必全部設為耐震 1級 設計地基運動水準 - 區(qū)分地震區(qū)域以及各區(qū)域的區(qū)域系數(shù) (重現(xiàn)周期 500年基準 ) 江原道北部 : 洪川、鐵原、和川、橫星、平昌、羊口、仁濟、古城、楊陽、春川、屬草 江原道南部 : 永月、正船、三尺、江陵、東海、原州 , 太白 全南東北部 : 長城、淡陽、古城、區(qū)禮、長興、步城、余川、和順、光陽、羅洲、余水、順川 全南西南部 : 武安、新安、丸島、永光、真島、海南、永安、強鎮(zhèn)、古興、咸平、木浦 韓國耐震基準概念 地震區(qū)域 區(qū)域系數(shù) 行政區(qū)域 I 漢城特別市、仁川、大田、釜山、大邱、蔚山、光州廣域市 道 京畿道、江原道南部、忠清道、慶尚道、全北、全南東北部 江原道北部、全南西南部、濟州島 (地基耐震設計時推薦使用 ) 需要精確評價結構物所在位置的地震系數(shù)時 等高線形狀的地震災害圖 地震災害圖上的地震系數(shù)是以一般巖石為對象編制的， 為了用于地表面，需要進行地震響應分析。 確定設計地震系數(shù) (%g) 平均重現(xiàn)周期 500年 地震災害圖 (%g) 防止倒塌水準 執(zhí)行功能水準 2. 耐震設計對象的地基分類 從 3. 決定區(qū)域系數(shù) 4. 決定危險度系數(shù) 1級或者 2級 地基的分類 需要評價場地固有特性的地基 100 50 360760 非常密實的砂土地基或軟巖地基 7601500 一般巖地基 - - 超過 1500 硬巖地基 非排水剪切強度 標準貫入試驗 (剪切波速 (m/s) 上部 30地基類型名稱 地基 分類 地震區(qū)域 地基類型 地震系數(shù) (防止倒塌 2級 ) 輸入地震波 推薦使用長短周期的實際地震記錄以及與建橋部的標準反應譜相符的人工地震波 g (地表以上巖石觀測地震 ) 周期波 g (在地基內部觀測得到的地震 ) 周期波 大加速度 地震規(guī)模 類型 輸入地震波 墻結構 重力式墻體 板樁式墻體 土結構 防波堤 防潮堤 護岸 海岸堤防 地下空間結構 長大隧道 隧道洞門 軟弱地基內箱型結構或 液化判斷 、防潮堤、護岸、海岸堤防或筑堤 要求對靜力荷載和液化都是安全的 耐震等級 性能水準 分析方法 設計基準 2等級 防止倒塌水準 等效靜力法 安全系數(shù) 土結構的耐震等級 各性能水準的設計方法 (以等效靜力分析為基礎的耐震設計 安全性驗算 抵抗力 /設計荷載 地基增幅分析 2等級倒塌水準 2. 防止倒塌水準的耐震設計 使用等效靜力分析方法 3. 等效靜力分析方法 將地震作用簡化為豎向或水平方向的靜力荷載作用在結構上的分析方法 。 水平方向地震作用 : 容許有位移時 ), 不容許有位移時 ) 設計水平地震系數(shù) (=g) m : 質量 g : 重力加速度 等效靜力分析方法 、容許應力不同 板樁式墻體結構的 耐震設計基準 ，也許會產生較大的位移差。 - 推薦輸入各種地震波并沿不同的方向作用，做三維的耐震分析。 - 防止倒塌 耐震 2等級 (從巖土耐震 分析角度定義 ) - 推薦輸入各種地震波并沿不同的方向作用，做三維的耐震分析 - 考慮隧道周邊各種節(jié)理后分析 - 防止倒塌 耐震 1等級 、生命線 (地下儲藏倉等 ) 定義 當象地震這樣急速震動的荷載作用在松散的砂土地基或回填地基上時，地基將在瞬間處于非排水狀態(tài)，由此將產生超孔隙水壓并使地基喪失抗剪切能力，這種現(xiàn)象叫做液化。 2) 產生液化的條件 - 急速荷載作用 (引發(fā)非排水狀態(tài) ) - 松散的砂土或回填地基 - 地下水位以下 (超孔隙水壓 ) 地下水位以上的地基 柱狀圖上標準貫入值為 20以上的地基 對象地基深度在 20 塑性指數(shù)在 10以上，并且粘土成分在 20%以上的地基 細粒土含量在 35%以上時 相對密度在 80%以上的地基 地震區(qū)域 中的 耐震 2等級 結構 地基分類為 其他，考慮到經濟性在地震區(qū)域 震 2 等級 結構，可與負責人商議后省略液化判別。 搜集地基資料并分析 評價巖土動力特性 G/ 阻尼比 地震響應分析 預測液化簡化方法 預測液化詳細方法 (推薦振動三軸試驗 ) 液化安全 F置對策工法 O Y E S 價液化流程圖 (地震 1. 基于等效剪切應力理論計算地震作用 2. 計算液化抵抗應力比 - 利用標準貫入抵抗值計算 (- 利用圓錐體貫入抵抗值計算 - 利用剪切波速計算 - 利用 3次以上的室內耐震動力試驗計算 - 利用標準貫入抵抗值與加速度的關系計算 其他液化評價方法 (70年 后期以后 ) 1. 基于剪切變形的評價方法 (2. 基于能量耗散法的評價方法 (3. 基于有效應力分析理論的評價方法 (4. 基于概率論的評價方法 ( (土含量 ) 修正 (0= 地震規(guī)模 M 細粒土含量 分析巖土深度 地基液化剪切抵抗率 液化評價 安全系數(shù) vvd e p t hvm vm (/F韓國液化評價方法 液化簡化預測方法 (不使用折減系數(shù) ) e p t hVm a M of 5 0 M=7.5 ( g )181614121086420m)H a c h i n o h eO f u n a t 計算設計地震加速度 (耐震設計基本概念 ) 輸入地層構成 地震響應分析程序 (決定各深度最大加速度 計算例題 214 4G 地震作用的剪切應力比 (現(xiàn)場試驗、室內試驗 ) 決定地基加速度和地震波 地震響應分析 作用在地基上振動剪切應力比 鉆孔 /采樣及標貫試驗 (振動三軸試驗 (3次以上 ) 制作液化剪切抵抗應力臂計算曲線圖 地基內的剪切抵抗應力比 液化評價 安全系數(shù) 修正結果 / 雖然與簡化方法一致，但是輸入的動力參數(shù)由試驗決定。 液化詳細預測法 自由面運動 (B) : 在地表面上的運動 基巖運動 (D): 在下部基巖表面上的地震運動 地表以上巖石運動 (A): 露出地表以上的巖石的地震運動 A 地表以上巖石運動 巖石 設計規(guī)范中的設計條件 D A B 地震響應分析 巖石 土層 地表面自由面振動 (50) 基本特性試驗 制作試驗材料 確定剪切應力比水準范圍 (第 3水準以上 ) 試驗前準備 (試材飽和以及初始有效側限壓力 ) 加載振動偏差應力 (d = 2 d) 分析試驗結果及修正 (o) 決定各地震規(guī)模下液化剪切抵抗應力比 重 新 進 行 試 驗 始有效側限壓力 =超孔隙水壓 振動三軸試驗 (正弦荷載 ) 液化詳細預測方法中通過振動三軸試驗決定剪切抵抗應力 ( ) 內容 內摩擦角 30靜止土壓狀態(tài) 主應力方向地震過程中變化 地震波為不規(guī)則 同向應力狀態(tài) 主應力方向不變 加載規(guī)則的正弦波荷載 實際地基條件 振動三軸試驗條件 液化抵抗強度比 加載次數(shù) 1 1000 100 10 0 內試驗結果 修正曲線 M=6.5 、短周期的 地震響應分析時 ， 為了反映地基的固有阻尼特性 ， 將地表以上巖石運動 (基巖運動 (運算 (定各深度巖土的最大加速度 。 將 動力分析方法 獲得的加速度時程 (2” 為基巖的輸入地震波 沙土回填層 粘土層 礫石層 風化土 風化巖 N=4 N=12 N=15 N=8 N=20 N=8 N=3 N=3 N=40 N=50 N=50 N=50 0 5 10 15 20 25 30 35 g) m)工波 (m) 振動剪切應力比 液化抵抗應力比 安全系數(shù) 判斷 人工波 人工波 有可能 有可能 有可能 有可能 未發(fā)生 未發(fā)生 有可能 有可能 液化簡化預測結果 簡化預測結果的安全系數(shù)小于 進行詳細預測 確定液化抵抗應力比曲線 液化抵抗應力比曲線 效側壓 100 10 100 1000 振動反復次數(shù) (回 ) 振動剪切應力比振動三軸試驗 修正結果 對 安全系數(shù) 最小的深度為 項 目 人工地震波 地震引起的剪切應力比 基的液化抵抗應力比 細預測法的 安全系數(shù) 價 安全 安全 安全 判斷各鉆孔的液化安全性 對大范圍內各位置分別評價后 ， 使用最低 安全系數(shù) 制作液化災害圖 液化災害圖 三維災害圖 頗貳劇僥 0 0 . 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 1 4 0 0 0 . 0 0 1 8 0 0 0 . 0 0 2 2 0 0 0 . 0 0 2 6 0 0 0 . 0 02 0 0 0 . 0 04 0 0 0 . 0 06 0 0 0 . 0 08 0 0 0 . 0 01 0 0 0 0 . 0 01 2 0 0 0 . 0 01 4 0 0 0 . 0 01 6 0 0 0 . 0 0)()()( m a x e a k R 1971) 且 : 最大剪切加速度 : 重力加速度 : 全應力 : 有效應力 : 非線性剪切質量系數(shù) (深度的修正系數(shù) ) vdig a xm a x )( bo a ()(m a xm a x 實際土體不是剛體運動 ， 比下面公式計算的要小 土自身非線性特性決定的剪切應力減少率 非線性剪切質量系數(shù) (應力折減系數(shù) ) 化方法 (1971)中建議的考慮地基響應的非線性的剪切應力折減系數(shù) 考慮地基的阻尼和非線性特性將剪切應力折減系數(shù)乘以振動力 ， 以防止地震力過大 韓國的液化評價方法 (修正 值隨深度分布較廣 ， 為了減少不確定性 ， 利用各深度的最大地基加速度 ， 直接計算振動剪切應力比 d 反映各種現(xiàn)場條件和地基運動的 2,153個案例分析 非線性剪切質量系數(shù) : 實際案例的平均值和標準偏差值對應值 議值 實際案例的平均值和標準偏差對應值 32 將離散性較大的 值，根據(jù)地震規(guī)模將量化為公式計算振動剪切應力比的方法 ( 1997) d)1 4 i n (1 1 )1 3 i n (1 2 )()()l n (各地震規(guī)模的 的建議值 d且 ， : 地震規(guī)模 : 深度 (上述公式適用于 0(24 (2004)的建議方法 )()()(m a x R 地震發(fā)生 地震規(guī)模 距離震源的最小距離 最大地基加速度 輸入的地震波的卓越周期 低應變下的初始地基周期 地震引起的應變軟化時的地基周期 對到達基巖的深度等因素的評價 地基剛度 (剪切波速 ( ) 計算深度、地震規(guī)模、最大地基加速度、地基剛度 2,， 時 ， 通過回歸分析 (定 值 d)65(20 )65(20 )40(12 )40(12 60,m a x60,m a x 60,m a x160 , m a x 160 , m a x 160 m a x , m a x 160 m a x 160 , m a x 160 m a x 160 m a x 160 m a x 、振動剪切應力比以及細粒粉含量的回歸分析結果 值與 的關系 60,1 的關系 60,1N E 60,1,60,160, I N E * 值的修正 考慮地震規(guī)模的修正 ( ) 以及地基液化抵抗應力比 ( ) 且 ， : 細粒粉含量 :大氣壓 : 標準累加常態(tài)分布函數(shù) FC P : 輸入未考慮地震規(guī)模進行修正的值 : 利用 , 0 , 1 )” 函數(shù)計算 利用推薦公式直接判斷液化可能性 ,或將 用于推薦的方法 (例如 : 計算 安全系數(shù) 1 d 非線性動力有效應力分析 ? 非線性分析 : 土與鋼材不同，在加載初期就表現(xiàn)為非線性特性 (非線性塑性模型 ). 動力分析 : 地震與沖擊荷載或固結作用分析是與時間有關的 (時間積分方法 : 有效應力分析 : 液化以及非排水條件分析 (s 公式 ,. 非線性動力有效應力分析方法 法的基本概念 參考狀態(tài) (及干擾函數(shù) ( 論的延伸 液化模擬 : 塑性軟化 ( 干擾狀態(tài)概念 ) 用數(shù)值分析方法分析受外部荷載作用的材料的微小破壞響應 (擾亂度 ) 利用兩個參考狀態(tài) (一個干擾狀態(tài)函數(shù) ( FA D) 非線性動力數(shù)值分析 (有效應力方法 ) 受外力作用的材料的微小破壞過程 ( 利用兩個參考狀態(tài) (一個干擾狀態(tài)函數(shù)(I n t a c t b e h a v i o r ( R I )O b s e r v e d b e h a v i o rC r i t i c a l S t a t e ( F A )D = 0D = 1 基本概念示意圖 ( 相對無損傷狀態(tài) (RI F s 22 01s J 1J 2 3 完全破壞狀態(tài) (FA (D) 干擾函數(shù) ( D D Z 1 (D) )( 當前應力 : RI 硬化函數(shù) : 本構方程 ) : a i ( )1d D d Dd ( ) ( )1aic RI d C le d C d d C i j k le kl i j k ( )C CC n n Fi j k j k le i j r pq p q k m n p 12 J m e 3J p ec ae D D Z 1 D D u 1 d D d Dd ( ) ( )1d d i j k l i j k l ( ) ( ) i j k l i j k j k m m k i j k D C J C ( )1 13 2212 i j k l o c ij J( )1 1312 n n n i j k ij ii i j k j k l 131212 d C S C i C C T c i ( ) (液化 ) 振動臺試驗模擬 (1700500000000000mm x y (液化 ) 模擬 試驗結果的比較 01 . 530 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10T i m e ( s e c