岩土的抗震分析方法和实例

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1、Hanseo University INNJOON PARK,岩土的抗震分析方法和分析实例,2,目 录,1. 抗震分析概要,2. 抗震分析对象,3. 韩国国内抗震分析及分析方法,4. 液化分析方法,5. 有效应力分析理论简介,6. 抗震分析程序介绍,7. 水压作用下的泄洪道稳定分析例题,8. 港口工程抗震分析实例,9. 抗震分析抗震分析建议,3,1.抗震分析简介,韩国抗震设计基准的基本概念,设计概念 小震不坏 中震可修 大震不倒,考虑地区特性 考虑基础所在地域的特性，决定场地地震加速度响应系数 通过能反映现场特性的室内外试验，决定要输入的参数。 地震I和II类区域要做液化判别 设计地震等级为6

2、.5,4,耐震设计基准研究 (II)-建设交通部 道路桥耐震设计基准 港口及渔港设施的耐震设计标准书 供水设施的耐震设计基准 住宅公社土木结构物耐震设计指针 土地公社小区构成设施的耐震研究 城市铁路耐震设计 主要设施耐震设计基准的重新整理 废弃物埋设设施的耐震设计基准研究,韩国抗震设计基准,5,耐震性能目标,耐震设计性能基准 功能执行水准 - 发生设计地震时，产生的位移在容许范围以内或通过局部维修可继续使用 防止倒塌水准 - 容许有限的结构损坏，但是通过紧急维修象港口设施应能发挥使用功能 - 可使用比功能执行水准较低的安全度,6,耐震设计基准,设施的等级分类 耐震特级结构物 原子能设施、军事设

3、施、广播设施等 耐震1级结构物 - 发生地震时因为结构破坏会引起很多生命和财产损失 - 对地震灾害恢复起重要作用的结构物 - 国防用结构物 根据结构物所处的位置、战略性、用途主观决定，需要与设施管理机关协商 耐震2级结构物 一般结构基础物 对护岸墙、堤防等长度较长的结构不必全部设为耐震1级,7,韩国耐震基准概念,耐震性能目标,8,设计地基运动水准 - 区分地震区域以及各区域的区域系数(重现周期500年基准) 江原道北部 : 洪川、铁原、和川、横星、平昌、羊口、仁济、古城、杨阳、春川、属草 江原道南部 : 永月、正船、三尺、江陵、东海、原州, 太白 全南东北部 : 长城、淡阳、古城、区礼、长兴、

4、步城、余川、和顺、光阳、罗洲、余水、顺川 全南西南部 : 武安、新安、丸岛、永光、真岛、海南、永安、强镇、古兴、咸平、木浦,韩国耐震基准概念,9,韩国耐震基准概念,危险度系数,10,利用地震灾害图 (地基耐震设计时推荐使用) 需要精确评价结构物所在位置的地震系数时 等高线形状的地震灾害图 地震灾害图上的地震系数是以一般岩石为对象编制的， 为了用于地表面，需要进行地震响应分析。,确定设计地震系数,11,平均重现周期 1000年 地震灾害图 (%g),平均重现周期 500年 地震灾害图 (%g),12,2. 利用地震区域系数和危险度系数 设置耐震性能目标 防止倒塌水准 执行功能水准 耐震设计对象的

5、地基分类 从SA 到 SF 决定区域系数 I或者II区域 决定危险度系数 1级或者2级,13,2. 利用地震区域系数和危险度系数 地基的分类,需要评价场地固有特性的地基, 50, 15,小于180,软弱的砂土地基,50100,1550,180360,坚固的砂土地基, 100, 50,360760,非常密实的砂土地基或软岩地基,7601500,一般岩地基,-,-,超过1500,硬岩地基,非排水剪切强度,标准贯入试验 (blow/foot),剪切波速 (m/s),上部30m范围内的平均地基特性,地基类型名称,地基 分类,14,0.17,0.22,0.11,0.16,0.08,0.13,0.07,0

6、.11,0.05,0.09,地震区域,地基类型,地震系数(防止倒塌2级),15,输入地震波 推荐使用长短周期的实际地震记录以及与建桥部的标准反应谱相符的人工地震波,0.161 g (地表以上岩石观测地震),7.4,短周期波,Ofunato,0.170 g (在地基内部观测得到的地震),7.9,长周期波,Hachinohe,最大加速度,地震规模,类型,输入地震波,16,墙结构 重力式墙体 板桩式墙体 土结构 防波堤 防潮堤 护岸 海岸堤防 地下空间结构 长大隧道 隧道洞门 软弱地基内箱型结构或 液化判断,2.岩土工程耐震分析的对象结构,17,容许安全系数和容许位移,3.韩国耐震分析/设计方法,1

7、8,土结构,防波堤、防潮堤、护岸、海岸堤防或筑堤,要求对静力荷载和液化都是安全的,土结构的耐震等级各性能水准的设计方法,19,土结构的耐震设计方法,静力荷载作用下安全性验算,地基液化评价,分析对象的地基地层分类,决定地表面的最大加速度(amax),以等效静力分析为基础的耐震设计,安全性验算 Fs = 抵抗力/设计荷载,地基增幅分析,20,1. 土结构使用的耐震基准 2等级倒塌水准 2. 防止倒塌水准的耐震设计 使用等效静力分析方法 3. 等效静力分析方法 将地震作用简化为竖向或水平方向的静力荷载作用在结构上的分析方法。 Fh : 水平方向地震作用 : 0.5 (容许有位移时), 1.0 (不容

8、许有位移时) Kh : 设计水平地震系数(=amax/g) m : 质量 g : 重力加速度,等效静力分析方法,21,墙体结构,重力式墙体结构,- 要满足静力设计基准和安全系数 - 利用等效静力分析方法和动力分析方法做耐震分析,重力式墙体结构的耐震设计基准,22,板桩式墙体结构,- 应满足静力设计基准以及安全系数 - 利用等效静力分析方法和动力分析方法做耐震分析,板桩式墙体结构的耐震设计基准,23,地下空间结构,隧道洞门,- 因为隧道衬砌和洞门周边岩土对地震作用的响应不同，也许会产生较大的位移差。 推荐输入各种地震波并沿不同的方向作用，做三维的耐震分析。 防止倒塌耐震2等级,24,长大隧道,-

9、 当隧道入口与出口之间的岩土增幅现象不同时定义为长大隧道(从岩土耐震分析角度定义) 推荐输入各种地震波并沿不同的方向作用，做三维的耐震分析 考虑隧道周边各种节理后分析 防止倒塌耐震1等级,25,箱型结构以及船状结构,作用在地下水位以下砂土上的箱型和船状结构抵抗地震作用能力较弱 必须做岩土液化评价 考虑周边岩土各种岩土特性以及节理后进行分析 防止倒塌耐震1等级 地铁、生命线(Life Line)、地下储藏仓等,26,4.液化分析方法,液化 1) 定义 当象地震这样急速震动的荷载作用在松散的砂土地基或回填地基上时，地基将在瞬间处于非排水状态，由此将产生超孔隙水压并使地基丧失抗剪切能力，这种现象叫做

10、液化。 2) 产生液化的条件 - 急速荷载作用(引发非排水状态) - 松散的砂土或回填地基 - 地下水位以下(超孔隙水压),27,可不做液化评价的情况,地下水位以上的地基 柱状图上标准贯入值为20以上的地基 对象地基深度在20m以上时 塑性指数在10以上，并且粘土成分在20%以上的地基 细粒土含量在35%以上时 相对密度在80%以上的地基 地震区域中的耐震 2等级结构 地基分类为SASD的地基 其他，考虑到经济性在地震区域I的大规模回填土上建设的耐震 2 等级结构，可与负责人商议后省略液化判别。,28,液化安全,F1.5,搜集地基资料并分析,评价岩土动力特性 G/Gmax , 阻尼比,地震响应

11、分析,预测液化简化方法,预测液化详细方法 (推荐振动三轴试验),液化安全,F1.0,设置对策工法,YES,NO,Y E S,NO,评价液化流程图,29,目前经验性评价方法 (地震-岩土抵抗应力比较),1. 基于等效剪切应力理论计算地震作用 2. 计算液化抵抗应力比 - 利用标准贯入抵抗值计算(Seed, Tokimatsu) - 利用圆锥体贯入抵抗值计算 - 利用剪切波速计算 - 利用3次以上的室内耐震动力试验计算 - 利用标准贯入抵抗值与加速度的关系计算,其他液化评价方法 (70年后期以后),1. 基于剪切变形的评价方法(Seed, Dobry) 2. 基于能量耗散法的评价方法 (Nassa

12、r, Simcock, Law, Figueroa) 3. 基于有效应力分析理论的评价方法 (Martin and Finn, Iai, Desai) 4. 基于概率论的评价方法 (Haldar and Tang, Veneziano, Whitman, Liao),30,设计地震加速度,各深度的最大加速度 adepth,地震响应分析,地震时发生的最大剪切应力比,岩土勘察 (N值，粘土含量),修正N值 (N1)60=CNN,地震规模 M,细粒土含量,分析岩土深度,地基液化剪切抵抗率,液化评价安全系数,韩国液化评价方法,液化简化预测方法,31,地震引起的剪切应力比,地基的抵抗应力比,特 点,利用

13、通过长周期和短周期地震波分析结果得到的相应地层的最大加速度,将液化抵抗应力比曲线乘地震规模为6.5的修正系数1.17,利用地震响应分析程序计算相应地层的最大加速度 (不使用折减系数),M.6.5 = M 7.5 MSF,0,M=7.5,32,计算地基的动力参数,计算设计地震加速度 (耐震设计基本概念),输入地层构成,地震响应分析程序 (SHAKE91),决定各深度最大加速度,计算例题,地震作用的剪切应力比,33,决定地基的动力参数 (现场试验、室内试验),决定地基加速度和地震波,地震响应分析,作用在地基上振动剪切应力比,钻孔/采样及标贯试验(SPT),振动三轴试验(3次以上),制作液化剪切抵抗

14、应力臂计算曲线图,地基内的剪切抵抗应力比,液化评价安全系数,修正结果,虽然与简化方法一致，但是输入的动力参数由试验决定。,液化详细预测法,34,地震响应分析简介, 自由面运动(free surface motion: B) : 在地表面上的运动 基岩运动(bedrock motion: D): 在下部基岩表面上的地震运动 地表以上岩石运动(rock outcroping motion: A): 露出地表以上的岩石的地震运动,35,振动三轴试验(正弦荷载),液化详细预测方法中通过振动三轴试验决定剪切抵抗应力,36,修正的必要性,静止土压状态 主应力方向地震过程中变化 地震波为不规则,同向应力状态

15、 主应力方向不变 加载规则的正弦波荷载,实际地基条件,振动三轴试验条件,液化抵抗强度比,加载次数,1,1000,100,10,0,0.1,0.2,0.3,0.4,室内试验结果,修正曲线,M=6.5,37,液化评价案例: 韩国00海岸地区软弱地基的地基响应分析,分析区域平面图,38,使用长周期的Hachinohe波、短周期的Ofunato波以及人工波分析结果, 地震响应分析时，为了反映地基的固有阻尼特性，将地表以上岩石运动(Rock Outcrop Motion)为基岩运动(Base Rock Motion)逆运算(De-convolution)决定各深度岩土的最大加速度。 将动力分析方法获得的加速度时程(SHAKE91 “OUTPUT 2” FILE)作为基岩的输入地震波,39,液化简化预测结果,40, 简化预测结果的安全系数小于1.5时 进行详细预测 确定液化抵抗应力比曲线,液化抵抗应力比曲线,0.135,41, 对安全系数最小的深度为9.2m位置进行详细预测分析结果,42, 判断各钻孔的液化安全性 对大范围内各位置分别评价后，使用最低安全系数制作液化灾害图,43,最近国外液化评价方法,3.2.1 使用非线性剪切质量系数计算振动剪切应力比,Seed & Idriss (1971),且 : 最大剪切