[發(fā)明專利]一種巖土材料非線性特征的分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710248539.2
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107085237B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓勃;解全一;劉健;李選正
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巖土材料非線性特征的分析方法。

背景技術(shù)

近年來，復(fù)雜場地巖土材料非線性地震反應(yīng)分析是地震學(xué)、地震工程學(xué)和巖土地震工程中非常活躍的研究方向，同時(shí)也是工程抗震設(shè)計(jì)施工中非常關(guān)注的問題。很多破壞性地震中都體現(xiàn)出了場地巖土材料的非線性對地震動的重要影響，如1989年的Loma Prieta地震、1995年的日本神戶地震。

在工程應(yīng)用中，特別關(guān)注場地土的非線性影響，即在確定場地設(shè)計(jì)地震動參數(shù)時(shí)，要考慮場地類別和地震動強(qiáng)度。在現(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)外的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用不同的規(guī)定來考慮地震中場地巖土材料非線性對建筑物的影響。例如，美國通常利用隨地震動強(qiáng)度變化的場地系數(shù)Fa和Fv來描述不同場地土堆地震參數(shù)的影響；我國則是考慮地震動反應(yīng)譜特征周期Tg隨地震動峰值加速度的增大以考慮場地巖土材料的非線性影響。

目前，場地土非線性分析方法主要包括兩類:一類是還原現(xiàn)場地震的室內(nèi)模型試驗(yàn)，另一類是現(xiàn)場的鉆井臺陣場地試驗(yàn)。然而，以上兩種方法都存在明顯的不足和缺陷。其中，在還原現(xiàn)場地震的室內(nèi)模型試驗(yàn)過程中，由于土體填筑過程中無法還原現(xiàn)場原狀土體，因此試驗(yàn)過程中表現(xiàn)出明顯的擾動現(xiàn)象。而現(xiàn)場的鉆井臺陣場地試驗(yàn)，雖然可以給出較為細(xì)致的場地土的非線性傳遞函數(shù)幅頻特性和定量結(jié)果，但是，由于其花費(fèi)高昂，且現(xiàn)場試驗(yàn)過程中收集到的數(shù)據(jù)有限，也較少有專家學(xué)者采用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于巖土材料非線性特征的分析中存在的明顯外界擾動的問題，以及得到較為細(xì)致的場地土的非線性傳遞函數(shù)幅頻特性和定量結(jié)果的花費(fèi)高昂且數(shù)據(jù)樣本少的問題，尚缺乏有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，克服現(xiàn)有技術(shù)中對于巖土材料非線性特征的分析中存在的明顯外界擾動的問題，以及得到較為細(xì)致的場地土的非線性傳遞函數(shù)幅頻特性和定量結(jié)果的花費(fèi)高昂且數(shù)據(jù)樣本少的問題，提供一種巖土材料非線性特征的分析方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種巖土材料非線性特征的分析方法，該方法的具體步驟包括：

(1)獲取觀測數(shù)據(jù)：從地震監(jiān)測系統(tǒng)中獲得海量的觀測數(shù)據(jù)，采用傅里葉轉(zhuǎn)換法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得三向反應(yīng)譜曲線；

(2)繪制場地平均放大反應(yīng)譜曲線：根據(jù)步驟(1)中的三向反應(yīng)譜曲線，計(jì)算場地放大反應(yīng)譜曲線，計(jì)算場地平均放大反應(yīng)譜曲線，并對場地平均放大反應(yīng)譜曲線進(jìn)行繪制；

(3)計(jì)算模量下降比率:根據(jù)步驟(2)中繪制的場地平均放大反應(yīng)譜曲線分析該地層的主要影響頻率，計(jì)算模量下降比率，分析巖土材料非線性特征。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中觀測數(shù)據(jù)包括地表觀測數(shù)據(jù)和地下觀測數(shù)據(jù)；

所述地表觀測數(shù)據(jù)為地表深度的三向加速度時(shí)程記錄數(shù)據(jù)；

所述地下觀測數(shù)據(jù)為基巖深度的三向加速度時(shí)程記錄數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中采用傅里葉轉(zhuǎn)換法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得三向反應(yīng)譜曲線的具體步驟為：

(1-1)采用采用傅里葉轉(zhuǎn)換法對地表觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得地表觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的三向反應(yīng)譜曲線；

(1-2)采用采用傅里葉轉(zhuǎn)換法對地下觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得地下觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的三向反應(yīng)譜曲線。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的場地放大反應(yīng)譜曲線包括弱地震場地放大反應(yīng)譜曲線和強(qiáng)地震反應(yīng)譜曲線；

所述場地平均放大反應(yīng)譜曲線包括弱地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線和強(qiáng)地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中計(jì)算場地放大反應(yīng)譜曲線和計(jì)算場地平均放大反應(yīng)譜曲線的具體步驟為：

(2-1)將地表觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的三向反應(yīng)譜曲線與地下觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的三向反應(yīng)譜曲線相比得到場地的放大反應(yīng)譜曲線；

(2-2)根據(jù)步驟(2-1)的場地的放大反應(yīng)譜曲線，計(jì)算弱地震場地放大反應(yīng)譜曲線和強(qiáng)地震反應(yīng)譜曲線；

(2-3)計(jì)算弱地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線和強(qiáng)地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線，并進(jìn)行弱地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線和強(qiáng)地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線的繪制。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中的主要影響頻率的分析方法為通過場地平均放大反應(yīng)譜曲線中的峰值對應(yīng)的頻率獲得主要影響頻率。

進(jìn)一步的，在所述步驟(3)中，

通過步驟(2-3)計(jì)算的弱地震運(yùn)動的平均放大反應(yīng)譜曲線，分析弱地震運(yùn)動的主要影響頻率為f_weak；