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深厚覆盖层液化对场地卓越周期及土石坝地震响应影响研究(2)

作者:dqwlunwen 分类:理工论文 时间:2021-11-18

 
  由式(11)可知,场地卓越周期上升比δ主要由三个特征量决定:上覆盖层与软弱层的厚度比λ1,软弱层与下卧层的厚度比λ2和软弱夹层液化后与液化前的剪切模量比P2。
 
  为了验证本文三质点体系解答的合理性,作者基于易液化深厚覆盖层La Cienega场地台阵实测记录[14],选用子层周期求和法进行对比说明。计算结果表明:三质点体系与子层周期求和法对液化前场地卓越周期T解答差异较小,为9.7%;且对于液化后场地卓越周期T',三质点体系更为合理地考虑了夹层位置和液化现象对场地卓越周期的影响。所以本文将含有易液化夹层的实际深厚覆盖层简化为三质点体系,在一定程度上满足工程精度要求。
 
  1.3 液化层特征量对场地卓越周期影响
 
  在实际高土石坝工程建设中,覆盖层深度较浅的情况,一般会全挖除,因此本节重点探讨含有软弱夹层的深厚覆盖层。根据水利工程地质条件特点,假定夹层厚10 m,选取上覆蓋层与液化夹层厚度比λ1取值范围为1?20、软弱夹层与下卧层厚度比λ2取值范围为0.05?1,故覆盖层总厚度在30?410 m范围内。液化使得软弱夹层的剪切模量降低到原来的1/50?1/300[15?17],本文选取夹层液化后与液化前的剪切模量比P2分别为1/50,1/100和1/200。
 
  不同的λ2取值情况下,液化程度以及λ1对δ的影响如图2所示。从图2可以看出,针对不同的λ2取值情况,λ1对场地卓越周期上升比δ的影响模式有三种:当λ2较小时,即图2(a)中取λ2=0.05的情况,δ随λ1值的增大而增大,且δ较小(P2=1/100,则δ0.75);当λ2为中等值时,即图2(b)中取λ2=0.1的情况,δ随λ1值的增大先增大后减小,拐点在λ1为5附近;当λ2较大时,即图2(c)中取λ2=1的情况,δ随λ1值的增大而减小,且δ较大(P2=1/100,则δ1.19)。
 
  不同的λ1取值情况下,液化程度以及λ2对δ的影响如图3所示。从图3可以发现,针对不同的λ1取值情况,λ2对场地卓越周期上升比δ的影响模式仅有一种,即δ随λ2的增大呈现增大的趋势;且λ1值越小,δ上升的幅度也就越大,在相同液化程度(P2=1/100)下,當λ1=1时,δ在26.1%?546.9%范围内,当λ1=20时,δ在73.0%?119%范围内。
 
  结合图2和3可知,不论λ1和λ2取值如何,δ均随液化程度的加深(P2的减小)呈现增大的规律,且λ1值越小,λ2值越大,δ随P2上升的幅度也就越大。总体而言,软弱夹层液化使得场地卓越周期显著改变,在P2取为1/100的情况下,δ最小取值为26%,相比于液化前卓越周期0.716 s,按照郝冰等[17]以场地卓越周期作为场地类别评价标准的建议来判断,液化现象使得场地类别至少增加一类。
 
  2 液化对覆盖层场地高土石坝地震响应的影响
 
  2.1 覆盖层上高土石地震响应解析计算方法
 
  本节采用剪切楔法计算深厚覆盖层上高土石坝的地震响应。均质土坝因坝料土体与覆盖土层剪切模量相差并不悬殊,故考虑覆盖层与坝体的相互作用,将其视为一个统一的体系[18]。计算简化模型如图4所示,其中,H',G',ρ',ξ'分别为坝体的高度、剪切模量、密度和阻尼比;H,G,ρ,ξ分别为含软弱夹层覆盖层的总厚度、等效剪切模量、等效密度和阻尼比,坝体水平位移为u',覆盖层水平位移为u。
 
  2.2 液化对场地加速度反应谱影响
 
  由于现有抗震规范未涉及液化对设计反应谱参数调整的规定,即设计反应谱不会因为土层液化而发生改变,无法利用设计反应谱研究液化对土石坝地震响应的影响。因此,本文首先开展了深厚覆盖层场地软弱夹层液化对场地加速度反应谱的影响研究,在利用式(16)计算坝体各高程的加速度反应时,Sa采用液化修正后的场地加速度反应谱。
 
  假定高土石坝建在总厚度为120 m的覆盖层上,其中软弱夹层厚度H2分别取为5,10和20 m。在总厚度H一定的前提下,仅选定不同的λ1值就可使得软弱夹层位于深厚覆盖层的上部、中部和下部(λ2值可由总厚度H、夹层厚度H2及参数λ1算出)。场地土类型为中硬土,土层剪切波速采用前节经验公式,且该深厚覆盖层场地平均剪切波速为310 m/s。
 
  根据《水工建筑物抗震设计规范GB51247?2018》判断,该场地为Ⅱ类场地。故根据Ⅱ类场地规范反应谱合成三条相关系数小于0.3的人造地震波,而后将人造地震波作用于2.1节中的简化三质点体系,可得液化前、后的地表加速度时程,并将之转换成场地加速度反应谱。将三条人工合成地震波所得反应谱进行平均处理,得到不同计算组合不同液化程度下的液化前、后地表加速度反应谱,结果如图5?7所示,并在图中标识出减震、加震分界线处周期值。将各计算组合下液化前与液化后(P2=1/100)的场地反应谱对比如表1所示。



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