土层软化与液化效应的现场测试结果分析刘利艳，潘健( 华南理工大学建筑学院。广东广州5 1 0 6 4 0 )摘要：美国学者Y o u d 等人最近分析了五个美国和日本的地震液化场地地面运动的测试结果，得到了几个有关七层软化与液化效应的几点结论。根据液化场地测得的地面运动求出的真实的地震反应谱与规范设计谱相比，发现规范设计谱对短周期( T 1 O s ) 反应谱加速度被放大，出现地面振荡时尤其显著。3 测试与规范值比较为检验美国规范中设计谱包络液化场地反应谱的程度，把实际计算反应谱绘在1 9 9 8 美国国家公路和运输协会桥梁规范( A A S H T O1 9 9 8 ) 、1 9 9 7 统一建筑规范( I C B O1 9 9 7 ) 以及2 0 0 0 国际建筑规范( I B C2 0 0 0 ) 中的设计谱图表中。表1 列出了元场地每个的预测峰值加速度以及适用的A A S H T O 规范的加速度系数A 、U C B 的区域系数z 和I B C 的典型映射谱加速度S 。和S 。表中也列出了这些规范值可以有代表性地应用的三大地震区域：( 1 )加利福尼弧州的S a nA n d r e a s 断层体系的近断层，代表高度地震区；( 2 ) 美国西部不包括S a nA n d r e a s 断层体系的近大断层，代表中度地震区；( 3 ) 美国西部离大断层l O O k m 以外的地区，代表低到中度地震区。3 1 美国国家公路和运输协会桥梁规范( 1 9 9 8 ) 地震规定A A S H T OL R F D 桥梁规范( A A S H T O1 9 9 8 ) H 的第_ 二话3 七匕 3 定了桥梁设计中应H = ；| 的地震荷载系数。规范的一般I I I 1 6 0 “规定都要求计算地震反应系数C 。这个系数在地震桥梁设计中作为等效侧向力系数。C ；。I 主I A A S H l O 中方程3 1 0 6 1 - 1 计算：c 跏= 1 2 A S 巧乃s2 5 A( 1 )式中，L 为mt h 模式的振动周期：A 为加速度系数；S 为场地系数，是士剖面类型( s ”) 的函数。3 1 0 6 2 章节中给出了有关方程( 1 ) 的例外的下列注解：“对I I I 或土层剖面的桥梁和系数A 不小丁0 3 0的区域，C t n 不要超过2 0 A ”。其他情况下C 。如方程( 1 ) 所示不要超过2 5 A 。这里S P T I ( 软到中硬粘土和砂) 和I V ( 软粘土和粉砂) 分别用1 5 和2 0 的场地系数。液化沉积层不可能位于岩石场地( S P TI ) 或稳定硬士的深沉积层下( S P TI I ) 。表1液化场地的预测峰值加速度及从S H T O U B C 和I B C 的设计系数对比注释：A A S H T O = 美国国家公路和运输协会：U B C = 统一建筑规范；I B C = 国际建筑规范；P H A = 峰值水平表面加速度；N S = j L - 南：E W = 东一西：“由衰减关系计算。3 2 统一建筑规范( 19 9 7 ) 地震规定这里采用1 9 9 7 统一建筑规范( I C B O1 9 9 7 ) 哺中的静力法( 1 6 3 0 2 节) 。控制系数，C a 和e ，是地震区域和土层剖面类型( S P T ) 的函数。s P T S D 和S 的c 4 和c v 值分别列表于U B C 表格1 6 一Q 和1 6 一R 中。S P T S F 指定为下有液化士的场地，并注解：S P T S F 要求特定场地调查。但是，比较的目的是为了评价U B C设计谱的适当性，如果忽略液化的条件，U B C 设计谱可能得到发展。因此，如果忽略S P T 一品，几乎所有可能液化的场地都会被划分为S P T S o 或S P T S e 。U B C 设计谱S a 可由F 列方程定义：( 2 )式中，C 口和e 为表格1 6 一Q 和1 6 一R 提到的地震系数。区域4 内的场地的近源系数口和N ，的影响在这里的比较中忽略不计。3 3 国际建筑规范( 2 0 0 0 ) 地震规定I I I 1 6 1 on滋I B C ( I C C 2 0 0 0 ) 设计标准包含了地面运动”中定义的设计反应谱。这些设计谱是以S ，的周期为0 2 s 及S ，的周；l j 为1 O s 的映射谱反应值为基础的。I B C 规定也合并了场地类别A - - F 的场地系数。F 类场地指定为液化士和需要专I ”J 调查的其他问题土。如果忽略液化层，可能液化的场地会划分为D 类或E 类场地。5 的衰减弹性反应谱值，S 嬲和S D l ，可由下面的方程计算：f = ( 2 3 ) F S 5( 3 ) 【S D t2 ( 2 3 ) E s l式中，C 和E 分别为I B C 表格1 6 1 5 1 2 ( 1 ) 和1 6 1 5 1 2 ( 2 ) 定义的场地系数；S s 和S 1 分别为周期是0 2 s 和1 。O s 的映射谱加速度。设计谱可由下面的方程确定形状：fS 。= ( 0 6 S o s T T o ) + 0 4 S o s ，Ts T o = ，T 瓦及rs 互( 4 ) 【咒2 ，丁，T I式中，S 。为谱加速度，T 为结构的基本周期，秒；l 定义为S D ，S o s ，瓦定义为0 2 S D ，S o s 。4 设计谱与场地反应谱的比较4 1 设计谱与W L A 反应谱的比较由于在W L A 预测的峰值地面加速度N S 和E w 方向分别是0 3 1 9 和0 2 6 9 ，这是中度强烈地面运动的代表值，这里比较了有着大约相等的A A S H T O 地震系数A 为0 3 、U B C 区域系数z 为0 3 以及I B C 映射谱S s 和S ，值分别是1 0 0 和6 0 的地区( 表1 ) 。这些是美国西部不包括S a nA n d r e a s 断层体系的近大断层地区的典型运动。图1 ( a ) 为这些地震值的设计谱及1 9 8 7 年S u p e r s t i t i o nH i l l s 地震期间W L A 处N S 和E w 运动组分的实际反应谱。较软土类( A A S H T OS P TI V ，U B C 的S P TS ，和I B CE 类场地) 的所有规范设计谱充分限制了实际反应谱，除了短周期( T I O s ) ，特定的场地分析是必须的以保证放大的长周期运动在设计中得到充分说明。 4 t 2蕾0 8 薏0 4墨0 4 A 2Oh P I 队墒曲虫辱厦鹰置薯矗，t 区的设计1 4 t 工蕾10 8 善0 6墨0 4O1 J 1 2 iA ： 嚣柚 饵们O _ t1 2 。箸0 8 妻n 。 壁n 4 堪0 2Ot N J 看鼍的寓斥瓦序置怔科中度量l 匮的鱼计 t 2io ： 暑 鞫0 4饵n 2O图1绘于设计谱图表中的五个液化场地的实际反应谱4 3 设计谱与T I 和A N A S 反应谱的比较T I 和A N A S 的预测峰值水平加速度值分别是0 2 0 9 和0 2 4 9 ，而测得值分别是0 1 6 9 和0 2 1 9 。这些值是低到中度强烈地面震动的特征。在图1 ( C 和d ) 中，我们已经绘制了可比条件的设计谱，采用A A S H T O A为0 2 0 、U B CZ 为0 2 和S 。和S 分别为5 0 和3 0 。因为T I 和A N A S 场地直到L o m aP r i e t a 地震引起的地面运动序列晚期才软化，软化对短周期( T 1 O s ) 结构，U B C 和I B C 中要求进行特定场地地质调查和动力分析。参考文献 1 Y o u dTL ，C a r t e rB I n f l u e n c eo fS o i Is o f t e n i n ga n dl i q u e f a c t i o no nr e s p o n s es p e c t r af o rb r i d g ed e s i g n R U t a hD e p a r t m e n to fT r a n s p o r t a t i o nR e p N o U T 一0 3 0 7 ，2 0 0 3 2 S c h a n b e lPB ，L y s m e rJ ，S e e dHB S H A K E ：Ac o m p u t e rp r o g r a mf o re a r t h q u a k er e s p o n s ea n a l y s i so fh o r i z o n t a l l yl a y e r e ds i t e s R E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r ，U n i v e r s i t yo fC a l i f a tB e r k e l e y ，1 9 7 2 ，R e p N o U C B E E R C 一7 2 1 2 3 jC a m p b e l lKW E m p i r i c a ln e a r s o u r c ea t t e n u a t i o nr e l a t i o n s h i p sf o rh o r i z o n t a la n dv e r t i c a lc o m p o n e n t so fp e a kg r o u n da c c e l e r a t i o n ，p e a kg r o u n dv e l o c i t y ，a n dp s e u d o a b s o l u t ea c c e l e r a t i o nr e s p o n s es p e c t r a J S e i s m 0 1 R e s L e t t 。1 9 9 7 ，6 8 ( 1 ) 1 5 4 1 7 9 4 A A S H T O L R F Db r i d g e d e s i g ns p e c i f i c a t i o n s ，A m e r i c a nA s s o c i a t i o no fS t a t eH i g h w a ya n dT r a n s p o r t a t i o nO f f i c i a l S m W a s h i n g t o nDC 。1 9 9 8 5 I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo fB u i l d i n gO f f i c i a l s ( I C B O ) M U n i f o r mb u i I d i n gc o d e ，W h i t t i e r ，C a l i f ，1 9 9 7 6 I n t e r n a t i o n a lC o d eC o u n c i i ，I n c ( I C C ) M I n t e r n a t i o n a lb u i l d i n gc o d e ，F a l l sC h u r c h ，V a ，2 0 0 0 7 Y o u dTL ，C a r t e rB I n f l