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基于OpenSees的南海典型岛礁场地地震效应分析

基于OpenSees的南海典型岛礁场地地震效应分析

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作者：徐长琦中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

海域地区开发过程中出现的工程科学技术问题是近年来岩土工程等相关领域研究的重要课题之一。考虑到我国南海北部地震相对活跃,鉴于历次地震中海洋岛屿上的工程设施破坏较为严重,本文首先对某海域钙质砂进行力学试验,分析了钙质砂特性,... 详细信息

海域地区开发过程中出现的工程科学技术问题是近年来岩土工程等相关领域研究的重要课题之一。考虑到我国南海北部地震相对活跃,鉴于历次地震中海洋岛屿上的工程设施破坏较为严重,本文首先对某海域钙质砂进行力学试验,分析了钙质砂特性,挑选有限元软件OpenSees中的多屈服面塑性本构模型对饱和钙质砂进行模拟,并基于永暑礁工程地质剖面图建立了岛礁场地多工况下的二维简化模型,选取了2011年东日本大地震及1999年中国台湾集集大地震中的部分基岩记录作为输入地震动,开展了不同礁灰岩盆地倾角与钙质砂层厚度工况下岛礁地震场地效应研究。本研究旨在探讨岛礁场地地震反应的机理,为研究南海岛礁海洋工程的设计地震动参数提供科学依据。论文完成的主要工作如下:1.介绍了南海岛礁场地的特殊工程地质条件和地震活动性特征,通过比较国内外常用的场地地震反应分析方法,针对岛礁这一特殊工程地质体,探讨了岛礁场地地震反应分析中需要考虑的几方面显著因素,包括:南海岛礁体的特殊地形;南海岛礁特殊岩土工程材料;海水-岛礁体动力相互作用;南海地区海底输入地震动的确定。2.通过使用动三轴试验系统（DYNTTS）,对南部某海域钙质砂进行了试验研究,发现相较同类型的普通石英砂,饱和钙质砂的剪切模量偏小,临界状态特征均与普通钙质砂试验结果一致,已有的砂土的弹塑性本构模型可以实现饱和珊瑚砂的静动力特征的模拟。3.地震剪切波（SH波）垂直向上入射传播到岛礁盆地时,对于同一纵向剖面,岛礁盆地砂层场地的水平向加速度峰值在礁灰岩岩盆边缘最大,向场地中央过渡的过程中逐渐减小。岛礁岩盆边缘有产生加速度峰值异常的情况,即盆地边缘效应的产生,对于同一横向剖面,钙质砂层对水平向峰值加速度的放大效应最显著,且随着地震动幅值的增加,放大系数总体上逐渐减小,出现放大“弱化”的现象。4.岛礁场反应谱放大效应明显,礁坪区放大顺序依次为外礁坪、内礁坪、中礁坪,对应的放大倍数在1～2.4、1～1.7、1～1.4之间,放大倍数峰值依次为2.37、1.70、1.39,放大倍数所处周期均在0.1 s.3 s之间。

关键词：南海钙质砂场地反应地震效应砂土放大

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