土的抗震分析方法和分析實(shí)例 設(shè)計(jì)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(chǔ)所在地域的特性，決定場(chǎng)地地震加速度響應(yīng)系數(shù) 2. 通過(guò)能反映現(xiàn)場(chǎng)特性的室內(nèi)外試驗(yàn)，決定要輸入的參數(shù)。 3. 地震 4. 設(shè)計(jì)地震等級(jí)為 6.5 耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn)研究 (建設(shè)交通部 道路橋耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 港口及漁港設(shè)施的耐震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)書 供水設(shè)施的耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 住宅公社土木結(jié)構(gòu)物耐震設(shè)計(jì)指針 土地公社小區(qū)構(gòu)成設(shè)施的耐震研究 城市鐵路耐震設(shè)計(jì) 主要設(shè)施耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的重新整理 廢棄物埋設(shè)設(shè)施的耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn)研究 韓國(guó)抗震設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 耐震設(shè)計(jì)性能基準(zhǔn) 功能執(zhí)行水準(zhǔn) - 發(fā)生設(shè)計(jì)地震時(shí)，產(chǎn)生的位移在容許范圍以內(nèi)或通過(guò)局部維修可繼續(xù)使用 防止倒塌水準(zhǔn) - 容許有限的結(jié)構(gòu)損壞，但是通過(guò)緊急維修象港口設(shè)施應(yīng)能發(fā)揮使用功能 - 可使用比功能執(zhí)行水準(zhǔn)較低的安全度 耐震特級(jí)結(jié)構(gòu)物 原子能設(shè)施、軍事設(shè)施、廣播設(shè)施等 耐震 1級(jí)結(jié)構(gòu)物 - 發(fā)生地震時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)破壞會(huì)引起很多生命和財(cái)產(chǎn)損失 - 對(duì)地震災(zāi)害恢復(fù)起重要作用的結(jié)構(gòu)物 - 國(guó)防用結(jié)構(gòu)物 根據(jù)結(jié)構(gòu)物所處的位置、戰(zhàn)略性、用途主觀決定，需要與設(shè)施管理機(jī)關(guān)協(xié)商 耐震 2級(jí)結(jié)構(gòu)物 一般結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物 對(duì)護(hù)岸墻、堤防等長(zhǎng)度較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)不必全部設(shè)為耐震 1級(jí) 設(shè)計(jì)地基運(yùn)動(dòng)水準(zhǔn) - 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(zhǔn) ) 江原道北部 : 洪川、鐵原、和川、橫星、平昌、羊口、仁濟(jì)、古城、楊陽(yáng)、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(zhǎng)城、淡陽(yáng)、古城、區(qū)禮、長(zhǎng)興、步城、余川、和順、光陽(yáng)、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(qiáng)鎮(zhèn)、古興、咸平、木浦 韓國(guó)耐震基準(zhǔn)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(jì)州島 (地基耐震設(shè)計(jì)時(shí)推薦使用 ) 需要精確評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)物所在位置的地震系數(shù)時(shí) 等高線形狀的地震災(zāi)害圖 地震災(zāi)害圖上的地震系數(shù)是以一般巖石為對(duì)象編制的， 為了用于地表面，需要進(jìn)行地震響應(yīng)分析。 確定設(shè)計(jì)地震系數(shù) (%g) 平均重現(xiàn)周期 500年 地震災(zāi)害圖 (%g) 防止倒塌水準(zhǔn) 執(zhí)行功能水準(zhǔn) 2. 耐震設(shè)計(jì)對(duì)象的地基分類 從 3. 決定區(qū)域系數(shù) 4. 決定危險(xiǎn)度系數(shù) 1級(jí)或者 2級(jí) 地基的分類 需要評(píng)價(jià)場(chǎng)地固有特性的地基 100 50 360760 非常密實(shí)的砂土地基或軟巖地基 7601500 一般巖地基 - - 超過(guò) 1500 硬巖地基 非排水剪切強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) (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(jí) ) 輸入地震波 推薦使用長(zhǎng)短周期的實(shí)際地震記錄以及與建橋部的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜相符的人工地震波 g (地表以上巖石觀測(cè)地震 ) 周期波 g (在地基內(nèi)部觀測(cè)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(jié)構(gòu) 重力式墻體 板樁式墻體 土結(jié)構(gòu) 防波堤 防潮堤 護(hù)岸 海岸堤防 地下空間結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)大隧道 隧道洞門 軟弱地基內(nèi)箱型結(jié)構(gòu)或 液化判斷 、防潮堤、護(hù)岸、海岸堤防或筑堤 要求對(duì)靜力荷載和液化都是安全的 耐震等級(jí) 性能水準(zhǔn) 分析方法 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 2等級(jí) 防止倒塌水準(zhǔn) 等效靜力法 安全系數(shù) 土結(jié)構(gòu)的耐震等級(jí) 各性能水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法 (以等效靜力分析為基礎(chǔ)的耐震設(shè)計(jì) 安全性驗(yàn)算 抵抗力 /設(shè)計(jì)荷載 地基增幅分析 2等級(jí)倒塌水準(zhǔn) 2. 防止倒塌水準(zhǔn)的耐震設(shè)計(jì) 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(jiǎn)化為豎向或水平方向的靜力荷載作用在結(jié)構(gòu)上的分析方法 。 水平方向地震作用 : 容許有位移時(shí) ), 不容許有位移時(shí) ) 設(shè)計(jì)水平地震系數(shù) (=g) m : 質(zhì)量 g : 重力加速度 等效靜力分析方法 、容許應(yīng)力不同 板樁式墻體結(jié)構(gòu)的 耐震設(shè)計(jì)基準(zhǔn) ，也許會(huì)產(chǎn)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(jí) (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(jí) 、生命線 (地下儲(chǔ)藏倉(cāng)等 ) 定義 當(dāng)象地震這樣急速震動(dòng)的荷載作用在松散的砂土地基或回填地基上時(shí)，地基將在瞬間處于非排水狀態(tài)，由此將產(chǎn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)貫入值為 20以上的地基 對(duì)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(xì)粒土含量在 35%以上時(shí) 相對(duì)密度在 80%以上的地基 地震區(qū)域 中的 耐震 2等級(jí) 結(jié)構(gòu) 地基分類為 其他，考慮到經(jīng)濟(jì)性在地震區(qū)域 震 2 等級(jí) 結(jié)構(gòu)，可與負(fù)責(zé)人商議后省略液化判別。 搜集地基資料并分析 評(píng)價(jià)巖土動(dòng)力特性 G/ 阻尼比 地震響應(yīng)分析 預(yù)測(cè)液化簡(jiǎn)化方法 預(yù)測(cè)液化詳細(xì)方法 (推薦振動(dòng)三軸試驗(yàn) ) 液化安全 F置對(duì)策工法 O Y E S 價(jià)液化流程圖 (地震 1. 基于等效剪切應(yīng)力理論計(jì)算地震作用 2. 計(jì)算液化抵抗應(yīng)力比 - 利用標(biāo)準(zhǔn)貫入抵抗值計(jì)算 (- 利用圓錐體貫入抵抗值計(jì)算 - 利用剪切波速計(jì)算 - 利用 3次以上的室內(nèi)耐震動(dòng)力試驗(yàn)計(jì)算 - 利用標(biāo)準(zhǔn)貫入抵抗值與加速度的關(guān)系計(jì)算 其他液化評(píng)價(jià)方法 (70年 后期以后 ) 1. 基于剪切變形的評(píng)價(jià)方法 (2. 基于能量耗散法的評(píng)價(jià)方法 (3. 基于有效應(yīng)力分析理論的評(píng)價(jià)方法 (4. 基于概率論的評(píng)價(jià)方法 ( (土含量 ) 修正 (0= 地震規(guī)模 M 細(xì)粒土含量 分析巖土深度 地基液化剪切抵抗率 液化評(píng)價(jià) 安全系數(shù) vvd e p t hvm vm (/F韓國(guó)液化評(píng)價(jià)方法 液化簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)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(jì)算設(shè)計(jì)地震加速度 (耐震設(shè)計(jì)基本概念 ) 輸入地層構(gòu)成 地震響應(yīng)分析程序 (決定各深度最大加速度 計(jì)算例題 214 4G 地震作用的剪切應(yīng)力比 (現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn) ) 決定地基加速度和地震波 地震響應(yīng)分析 作用在地基上振動(dòng)剪切應(yīng)力比 鉆孔 /采樣及標(biāo)貫試驗(yàn) (振動(dòng)三軸試驗(yàn) (3次以上 ) 制作液化剪切抵抗應(yīng)力臂計(jì)算曲線圖 地基內(nèi)的剪切抵抗應(yīng)力比 液化評(píng)價(jià) 安全系數(shù) 修正結(jié)果 / 雖然與簡(jiǎn)化方法一致，但是輸入的動(dòng)力參數(shù)由試驗(yàn)決定。 液化詳細(xì)預(yù)測(cè)法 自由面運(yùn)動(dòng) (B) : 在地表面上的運(yùn)動(dòng) 基巖運(yùn)動(dòng) (D): 在下部基巖表面上的地震運(yùn)動(dòng) 地表以上巖石運(yùn)動(dòng) (A): 露出地表以上的巖石的地震運(yùn)動(dòng) A 地表以上巖石運(yùn)動(dòng) 巖石 設(shè)計(jì)規(guī)范中的設(shè)計(jì)條件 D A B 地震響應(yīng)分析 巖石 土層 地表面自由面振動(dòng) (50) 基本特性試驗(yàn) 制作試驗(yàn)材料 確定剪切應(yīng)力比水準(zhǔn)范圍 (第 3水準(zhǔn)以上 ) 試驗(yàn)前準(zhǔn)備 (試材飽和以及初始有效側(cè)限壓力 ) 加載振動(dòng)偏差應(yīng)力 (d = 2 d) 分析試驗(yàn)結(jié)果及修正 (o) 決定各地震規(guī)模下液化剪切抵抗應(yīng)力比 重 新 進(jìn) 行 試 驗(yàn) 始有效側(cè)限壓力 =超孔隙水壓 振動(dòng)三軸試驗(yàn) (正弦荷載 ) 液化詳細(xì)預(yù)測(cè)方法中通過(guò)振動(dòng)三軸試驗(yàn)決定剪切抵抗應(yīng)力 ( ) 內(nèi)容 內(nèi)摩擦角 30靜止土壓狀態(tài) 主應(yīng)力方向地震過(guò)程中變化 地震波為不規(guī)則 同向應(yīng)力狀態(tài) 主應(yīng)力方向不變 加載規(guī)則的正弦波荷載 實(shí)際地基條件 振動(dòng)三軸試驗(yàn)條件 液化抵抗強(qiáng)度比 加載次數(shù) 1 1000 100 10 0 內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果 修正曲線 M=6.5 、短周期的 地震響應(yīng)分析時(shí) ， 為了反映地基的固有阻尼特性 ， 將地表以上巖石運(yùn)動(dòng) (基巖運(yùn)動(dòng) (運(yùn)算 (定各深度巖土的最大加速度 。 將 動(dòng)力分析方法 獲得的加速度時(shí)程 (2” 為基巖的輸入地震波 沙土回填層 粘土層 礫石層 風(fēng)化土 風(fēng)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(dòng)剪切應(yīng)力比 液化抵抗應(yīng)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(jiǎn)化預(yù)測(cè)結(jié)果 簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)結(jié)果的安全系數(shù)小于 進(jìn)行詳細(xì)預(yù)測(cè) 確定液化抵抗應(yīng)力比曲線 液化抵抗應(yīng)力比曲線 效側(cè)壓 100 10 100 1000 振動(dòng)反復(fù)次數(shù) (回 ) 振動(dòng)剪切應(yīng)力比振動(dòng)三軸試驗(yàn) 修正結(jié)果 對(duì) 安全系數(shù) 最小的深度為 項(xiàng) 目 人工地震波 地震引起的剪切應(yīng)力比 基的液化抵抗應(yīng)力比 細(xì)預(yù)測(cè)法的 安全系數(shù) 價(jià) 安全 安全 安全 判斷各鉆孔的液化安全性 對(duì)大范圍內(nèi)各位置分別評(píng)價(jià)后 ， 使用最低 安全系數(shù) 制作液化災(zāi)害圖 液化災(zāi)害圖 三維災(zāi)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(yīng)力 : 有效應(yīng)力 : 非線性剪切質(zhì)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(shí)際土體不是剛體運(yùn)動(dòng) ， 比下面公式計(jì)算的要小 土自身非線性特性決定的剪切應(yīng)力減少率 非線性剪切質(zhì)量系數(shù) (應(yīng)力折減系數(shù) ) 化方法 (1971)中建議的考慮地基響應(yīng)的非線性的剪切應(yīng)力折減系數(shù) 考慮地基的阻尼和非線性特性將剪切應(yīng)力折減系數(shù)乘以振動(dòng)力 ， 以防止地震力過(guò)大 韓國(guó)的液化評(píng)價(jià)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(jì)算振動(dòng)剪切應(yīng)力比 d 反映各種現(xiàn)場(chǎng)條件和地基運(yùn)動(dòng)的 2,153個(gè)案例分析 非線性剪切質(zhì)量系數(shù) : 實(shí)際案例的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值對(duì)應(yīng)值 議值 實(shí)際案例的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)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(jì)算振動(dòng)剪切應(yīng)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(yīng)變下的初始地基周期 地震引起的應(yīng)變軟化時(shí)的地基周期 對(duì)到達(dá)基巖的深度等因素的評(píng)價(jià) 地基剛度 (剪切波速 ( ) 計(jì)算深度、地震規(guī)模、最大地基加速度、地基剛度 2,， 時(shí) ， 通過(guò)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(dòng)剪切應(yīng)力比以及細(xì)粒粉含量的回歸分析結(jié)果 值與 的關(guān)系 60,1 的關(guān)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(yīng)力比 ( ) 且 ， : 細(xì)粒粉含量 :大氣壓 : 標(biāo)準(zhǔn)累加常態(tài)分布函數(shù) FC P : 輸入未考慮地震規(guī)模進(jìn)行修正的值 : 利用 , 0 , 1 )” 函數(shù)計(jì)算 利用推薦公式直接判斷液化可能性 ,或?qū)?用于推薦的方法 (例如 : 計(jì)算 安全系數(shù) 1 d 非線性動(dòng)力有效應(yīng)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(dòng)力分析 : 地震與沖擊荷載或固結(jié)作用分析是與時(shí)間有關(guān)的 (時(shí)間積分方法 : 有效應(yīng)力分析 : 液化以及非排水條件分析 (s 公式 ,. 非線性動(dòng)力有效應(yīng)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(yīng) (擾亂度 ) 利用兩個(gè)參考狀態(tài) (一個(gè)干擾狀態(tài)函數(shù) ( FA D) 非線性動(dòng)力數(shù)值分析 (有效應(yīng)力方法 ) 受外力作用的材料的微小破壞過(guò)程 ( 利用兩個(gè)參考狀態(tài) (一個(gè)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(duì)無(wú)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(dāng)前應(yīng)力 : RI 硬化函數(shù) : 本構(gòu)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)M (1700500000000000mm x y (液化 ) 模擬 試驗(yàn)結(jié)果的比較 01 . 530 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10T i m e ( s e c