CN108549104A - 成层场地地震波斜入射波动分析方法 - Google Patents

成层场地地震波斜入射波动分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108549104A
CN108549104A CN201810316759.9A CN201810316759A CN108549104A CN 108549104 A CN108549104 A CN 108549104A CN 201810316759 A CN201810316759 A CN 201810316759A CN 108549104 A CN108549104 A CN 108549104A
Authority
CN
China
Prior art keywords
constraint
soil body
boundaries
boundary
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810316759.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108549104B (zh
Inventor
周太全
赵耀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN201810316759.9A priority Critical patent/CN108549104B/zh
Publication of CN108549104A publication Critical patent/CN108549104A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108549104B publication Critical patent/CN108549104B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • G01V1/30Analysis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明公开了一种成层场地地震波斜入射波动分析方法,包括以下步骤:(1)求解地震斜入射时成层场地一维时域自由场,求解自由场时考虑土体的非线性特点,将土体看做粘弹性材料;(2)对自由场进行人工边界转换,人工边界转换时考虑土体的初始应力;(3)基于OpenSees计算平台的岩土动力分析模型确定人工边界的等效载荷;(4)对人工边界施加等效载荷,进行非线性拨动分析。本发明的成层场地地震波斜入射波动分析方法,将土体视为粘弹性材料,考虑土体动力作用下表现出的非线性、滞回特性,精度高、计算效率高。

Description

成层场地地震波斜入射波动分析方法
技术领域
本发明涉及一种成层场地地震波斜入射波动分析方法。
背景技术
对土层结构进行近场波动分析时,通常采用地震波垂直入射的输入方式;成层场地上地震波斜入射引起的地面运动非一致性,对大跨径桥梁、地铁车站、隧道等重要基础设施产生较大的影响。另一方面,目前关于地震斜入射时成层场地自由场时域分析将土体看作线弹性体,没有考虑土体的动力非线性特性,对土体在循环载荷作用下表现出的非线性、滞回阻尼考虑不足,而土体的非线性、滞回阻尼对分层场地自由场反应有着重要的影响。基于此,非常有必要考虑地震波斜入射对成层场地上的工程结构带来的影响,采取相应的震灾防御技术减轻灾害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种考虑土体非线性滞回效应、精度高、计算效率高的成层场地地震波斜入射波动分析方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种成层场地地震波斜入射波动分析方法,其包括以下步骤:
(1)求解地震斜入射时成层场地一维时域自由场,求解自由场时考虑土体的非线性特点,将土体看做粘弹性材料;
(2)对自由场进行人工边界转换,人工边界转换时考虑土体的初始应力;
(3)基于OpenSees计算平台的岩土动力分析模型确定人工边界的等效载荷;
(4)对人工边界施加等效载荷,进行非线性拨动分析。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(1)中求解一维时域自由场的步骤为,
(1.1)建立成层场地自由场的一维时域等效线性算法;
(1.2)采用等效线性分析方法,通过迭代过程确定土体等效动剪应变;
(1.3)由等效动剪应变确定土体的剪切模量和阻尼比;
(1.4)采用高斯精细积分求自由场的动力方程。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(1.2)中等效线性分析的步骤为,
(1.2.1)假定土体的初始阻尼比和剪切模量,由动力分析得到各单元经理的最大剪切应变γmax;
(1.2.2)根据γeff=0.65γmax求解等效剪应变幅γeff;
(1.2.3)根据等效剪应变幅γeff求解剪切模量G和阻尼比λ,重新进行动力分析,直到前后两次分析达到给定的精度要求为止。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(2)中人工边界转换的的过程为:
(2.1)建立只有场地有限元模型;
(2.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(2.3)撤除侧向边界水平连杆约束、撤除底部边界竖向连杆约束,侧向边界和底部边界按照粘弹性人工边界设置。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(2.2)中,在撤除侧向边界水平连杆约束、底部边界竖向连杆约束的同时,施加侧向水平连杆、底部竖向连杆的约束反力。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(3)中确定人工边界等效载荷的过程为,
(3.1)建立只有场地有限元模型;
(3.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆约束,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(3.3)撤除侧向边界的约束、撤除底部边界的约束,并对侧向边界约束反力、对底部边界施加约束反力,同时在侧向、底部设置粘弹性人工边界;
(3.4)将侧向、底部土体自由场运动赋予相应节点,按照步骤(3.3)设置的人工边界进行过动力分离,获得人工边界节点处的约束反力,此约束反力即为所求的等效载荷。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(3.2)中,在OpenSees计算平台中动力松弛分析,先将土体渗透系数设置为1.0,时间步长设置为500,5000,将土体材料设置为弹性材料试算,待建立静孔隙水压力后,将材料转为弹塑性材料,此时需要将时间步长设置为0.005~0.01,待弹塑性分析收敛后,输出侧向连杆约束反力、底部竖向连杆约束反力。
本发明的成层场地地震波斜入射波动分析方法,将土体视为粘弹性材料,考虑土体动力作用下表现出的非线性、滞回特性,精度高、计算效率高。
附图说明
图1是本发明优选实施例中自由场地计算分析模型;
图2是本发明优选实施例中成层场地人工边界等效载荷确定模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-2所示,本实施例公开了一种成层场地地震波斜入射波动分析方法,包括以下步骤:
(1)求解地震斜入射时成层场地一维时域自由场,求解自由场时考虑土体的非线性特点,将土体看做粘弹性材料;
(2)对自由场进行人工边界转换,人工边界转换时考虑土体的初始应力;
(3)基于OpenSees计算平台的岩土动力分析模型确定人工边界的等效载荷;
(4)对人工边界施加等效载荷,进行非线性拨动分析。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(1)中求解一维时域自由场的步骤为,
(1.1)建立成层场地自由场的一维时域等效线性算法;
(1.2)采用等效线性分析方法,通过迭代过程确定土体等效动剪应变;
(1.3)由等效动剪应变确定土体的剪切模量和阻尼比;
(1.4)采用高斯精细积分求自由场的动力方程。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(1.2)中等效线性分析的步骤为,
(1.2.1)假定土体的初始阻尼比和剪切模量,由动力分析得到各单元经理的最大剪切应变γmax;
(1.2.2)根据γeff=0.65γmax求解等效剪应变幅γeff;
(1.2.3)根据等效剪应变幅γeff求解剪切模量G和阻尼比λ,重新进行动力分析,直到前后两次分析达到给定的精度要求为止。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(2)中人工边界转换的的过程为:
(2.1)建立只有场地有限元模型;
(2.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(2.3)撤除侧向边界水平连杆约束、撤除底部边界竖向连杆约束,侧向边界和底部边界按照粘弹性人工边界设置。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(2.2)中,在撤除侧向边界水平连杆约束、底部边界竖向连杆约束的同时,施加侧向水平连杆、底部竖向连杆的约束反力。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(3)中确定人工边界等效载荷的过程为,
(3.1)建立只有场地有限元模型;
(3.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆约束,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(3.3)撤除侧向边界的约束、撤除底部边界的约束,并对侧向边界约束反力、对底部边界施加约束反力,同时在侧向、底部设置粘弹性人工边界;
(3.4)将侧向、底部土体自由场运动赋予相应节点,按照步骤(3.3)设置的人工边界进行过动力分离,获得人工边界节点处的约束反力,此约束反力即为所求的等效载荷。
本发明一个较佳实施例中,进一步包括步骤(3.2)中,在OpenSees计算平台中动力松弛分析,先将土体渗透系数设置为1.0,时间步长设置为500,5000,将土体材料设置为弹性材料试算,待建立静孔隙水压力后,将材料转为弹塑性材料,此时需要将时间步长设置为0.005~0.01,待弹塑性分析收敛后,输出侧向连杆约束反力、底部竖向连杆约束反力。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:其包括以下步骤:
(1)求解地震斜入射时成层场地一维时域自由场,求解自由场时考虑土体的非线性特点,将土体看做粘弹性材料;
(2)对自由场进行人工边界转换,人工边界转换时考虑土体的初始应力;
(3)基于OpenSees计算平台的岩土动力分析模型确定人工边界的等效载荷;
(4)对人工边界施加等效载荷,进行非线性拨动分析。
2.如权利要求1所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(1)中求解一维时域自由场的步骤为,
(1.1)建立成层场地自由场的一维时域等效线性算法;
(1.2)采用等效线性分析方法,通过迭代过程确定土体等效动剪应变;
(1.3)由等效动剪应变确定土体的剪切模量和阻尼比;
(1.4)采用高斯精细积分求自由场的动力方程。
3.如权利要求2所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(1.2)中等效线性分析的步骤为,
(1.2.1)假定土体的初始阻尼比和剪切模量,由动力分析得到各单元经理的最大剪切应变γmax
(1.2.2)根据γeff=0.65γmax求解等效剪应变幅γeff
(1.2.3)根据等效剪应变幅γeff求解剪切模量G和阻尼比λ,重新进行动力分析,直到前后两次分析达到给定的精度要求为止。
4.如权利要求1所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(2)中人工边界转换的的过程为:
(2.1)建立只有场地有限元模型;
(2.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(2.3)撤除侧向边界水平连杆约束、撤除底部边界竖向连杆约束,侧向边界和底部边界按照粘弹性人工边界设置。
5.如权利要求4所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(2.2)中,在撤除侧向边界水平连杆约束、底部边界竖向连杆约束的同时,施加侧向水平连杆、底部竖向连杆的约束反力。
6.如权利要求1所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(3)中确定人工边界等效载荷的过程为,
(3.1)建立只有场地有限元模型;
(3.2)侧向边界施加水平连杆约束,底部边界施加竖向连杆约束,地表面设置排水边界,进行动力松弛分析,获得水平连杆约束反力和底部边界竖向连杆约束反力;
(3.3)撤除侧向边界的约束、撤除底部边界的约束,并对侧向边界约束反力、对底部边界施加约束反力,同时在侧向、底部设置粘弹性人工边界;
(3.4)将侧向、底部土体自由场运动赋予相应节点,按照步骤(3.3)设置的人工边界进行过动力分离,获得人工边界节点处的约束反力,此约束反力即为所求的等效载荷。
7.如权利要求6所述的成层场地地震波斜入射波动分析方法,其特征在于:步骤(3.2)中,在OpenSees计算平台中动力松弛分析,先将土体渗透系数设置为1.0,时间步长设置为500,5000,将土体材料设置为弹性材料试算,待建立静孔隙水压力后,将材料转为弹塑性材料,此时需要将时间步长设置为0.005~0.01,待弹塑性分析收敛后,输出侧向连杆约束反力、底部竖向连杆约束反力。
CN201810316759.9A 2018-04-10 2018-04-10 成层场地地震波斜入射波动分析方法 Active CN108549104B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810316759.9A CN108549104B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 成层场地地震波斜入射波动分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810316759.9A CN108549104B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 成层场地地震波斜入射波动分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108549104A true CN108549104A (zh) 2018-09-18
CN108549104B CN108549104B (zh) 2020-05-29

Family

ID=63514325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810316759.9A Active CN108549104B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 成层场地地震波斜入射波动分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108549104B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270590A (zh) * 2018-10-22 2019-01-25 中国地震局地壳应力研究所 非均匀椭球地球地震和地表载荷库伦应力计算方法
CN110427680A (zh) * 2019-07-26 2019-11-08 中国水利水电科学研究院 获取地震波斜入射作用下边坡地震动力放大效应的方法
CN110765576A (zh) * 2019-09-19 2020-02-07 西南交通大学 一种用于隧道地震安全评估的三维时空波动分析方法
CN111027247A (zh) * 2019-12-09 2020-04-17 江南大学 基于OpenSees与MATLAB的逐步增量动力分析与数据处理方法
CN111581707A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 江南大学 饱和场地自由场等效载荷确定方法
CN111812706A (zh) * 2020-07-23 2020-10-23 中国地震局地壳应力研究所 用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法
CN111914446A (zh) * 2020-07-10 2020-11-10 华东交通大学 一种有限元数值分析中超临界角斜入射地震动输入方法
CN112016144A (zh) * 2020-08-17 2020-12-01 华东交通大学 一种地震作用下多层土中柔性悬臂式挡土墙位移计算方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130286781A1 (en) * 2012-04-30 2013-10-31 Thomas E. Owen Method and Apparatus for Selective Seismic Detection of Elongated Targets
CN105631101A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 河海大学 一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法
CN107369372A (zh) * 2017-07-19 2017-11-21 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 水电站河床式厂房动力分析数值模型设计方法
CN107577890A (zh) * 2017-09-19 2018-01-12 河南大学 地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130286781A1 (en) * 2012-04-30 2013-10-31 Thomas E. Owen Method and Apparatus for Selective Seismic Detection of Elongated Targets
CN105631101A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 河海大学 一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法
CN107369372A (zh) * 2017-07-19 2017-11-21 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 水电站河床式厂房动力分析数值模型设计方法
CN107577890A (zh) * 2017-09-19 2018-01-12 河南大学 地下结构抗震倒塌能力的分析方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹侯权: "地震波斜入射时成层半空间场地反应分析方法及其应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库•工程科技Ⅱ辑》 *
陈学良: "土体动力特性、复杂场地非线性地震反应及其方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库•工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270590A (zh) * 2018-10-22 2019-01-25 中国地震局地壳应力研究所 非均匀椭球地球地震和地表载荷库伦应力计算方法
CN110427680A (zh) * 2019-07-26 2019-11-08 中国水利水电科学研究院 获取地震波斜入射作用下边坡地震动力放大效应的方法
CN110427680B (zh) * 2019-07-26 2021-07-27 中国水利水电科学研究院 获取地震波斜入射作用下边坡地震动力放大效应的方法
CN110765576A (zh) * 2019-09-19 2020-02-07 西南交通大学 一种用于隧道地震安全评估的三维时空波动分析方法
CN111027247A (zh) * 2019-12-09 2020-04-17 江南大学 基于OpenSees与MATLAB的逐步增量动力分析与数据处理方法
CN111581707A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 江南大学 饱和场地自由场等效载荷确定方法
CN111581707B (zh) * 2020-05-15 2024-01-30 江南大学 饱和场地自由场等效载荷确定方法
CN111914446A (zh) * 2020-07-10 2020-11-10 华东交通大学 一种有限元数值分析中超临界角斜入射地震动输入方法
CN111914446B (zh) * 2020-07-10 2022-07-19 华东交通大学 一种有限元数值分析中超临界角斜入射地震动输入方法
CN111812706A (zh) * 2020-07-23 2020-10-23 中国地震局地壳应力研究所 用于测量地震应变波的分量式钻孔应变仪及其测量方法
CN112016144A (zh) * 2020-08-17 2020-12-01 华东交通大学 一种地震作用下多层土中柔性悬臂式挡土墙位移计算方法
CN112016144B (zh) * 2020-08-17 2022-04-22 华东交通大学 一种地震作用下多层土中柔性悬臂式挡土墙位移计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108549104B (zh) 2020-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108549104A (zh) 成层场地地震波斜入射波动分析方法
Liu et al. Pushover analysis of underground structures: Method and application
Mali et al. Behavior of large piled-raft foundation on clay soil
Ukritchon et al. Numerical investigations of pile load distribution in pile group foundation subjected to vertical load and large moment
Ai et al. Laterally loaded piles and pile groups partially embedded in transversely isotropic fractional viscoelastic saturated soils
Shayanfar et al. Optimization of modal load pattern for pushover analysis of building structures
Al‐Khoury et al. A computational model for fracturing porous media
Forcellini et al. Numerical simulations of ordinary buildings with soil-structure interaction
Dalili et al. Numerical simulation of soil-structure interaction in framed and shear-wall structures
Thakur et al. Influence of rooftop telecommunication tower on set back-step back building resting on different ground slopes
Korzani et al. Soil-structure interaction analysis of jack-up platforms subjected to monochrome and irregular waves
Menasri et al. Probabilistic approach to the seismic vulnerability of rc frame structures by the development of analytical fragility curves
Sevim The effect of material properties on the seismic performance of Arch Dams
Huang et al. A practical and efficient coupling method for large scale soil–structure interaction problems
Philip Numerical Analysis of Transmission Tower on Pile Foundation
Singh et al. Parametric study on flexible footing resting on partially saturated soil
Tabatabaiefar et al. Effects of Dynamic Soil-Structure Interaction on Performance Level of Moment Resisting Buildings Resting on Different Types of Soil'
Mirzaei et al. Seismic analysis of double curved arch dams based performance
Huang et al. Large-deformation simulations of root pull-out and breakage using material point method with a multi-level grid
Zakrzewski et al. On application of the maximum entropy meshless method for large deformation analysis of geotechnical problems
Heirany et al. Effect of foundation in dynamic analysis of concrete gravity dams
Baltaji et al. Non-linear time domain site response and soil structure interaction analyses for nuclear facilities using moose
Han et al. Stability Analysis of Road Embankment with Various Fill Materials
Sakharov Dynamic model reduction in the nonlinear interaction simulation of the neighboring high-rise buildings on the soil base
Fayyazi et al. Evaluation of group factor method for analysis of pile groups

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant