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基于多屈服面本构模型的二维土体非线性地震响应分析

2020-12-08阅读(785)

基于多屈服面本构模型的二维土体非线性地震响应分析

论文摘要

地震波通过含有软弱土层且构造复杂的非均匀场地时往往呈现异常放大的现象,这是地震发生时造成严重破坏的原因之一,因此研究地震波在复杂土层介质场地中的传播规律具有重要的意义。以往这类研究很少同时考虑土体的非线性特征及场地横向介质非均匀性的综合影响,因此在预测如沉积盆地等复杂场地条件下的地震反应时还不够理想,预测结果与强震观测记录的对比还存在一定差异。可见采用高维土体非线性地震反应分析方法是合理预测复杂场地地表地震反应的关键。本文选取软弱土层深厚的新西兰LowerHutt复杂盆地模型为研究对象,依据新西兰GNS机构提供的地质勘测资料,以及Joyner和Chen提出的二维多屈服面弹塑性本构模型,借助ABAQUS软件的二次开发功能成功实现了该盆地的二维有限元非线性地震分析。基于新西兰强震观测网获得多次该盆地的强震观测记录,通过对比本文分析结果与实际强震观测记录验证了模型的预测能力。进一步研究了波在该盆地传播时的盆地效应、二维地形的影响、非线性特征、以及竖向地震动放大特征,得到了一些有意义的结论。具体工作总结如下:1.通过编写VUMAT子程序将二维多屈服面本构模型移植到ABAQUS中,在本构模型的基础上建立了瑞利阻尼考虑土体的粘性。通过设置粘性人工边界模拟无限域效果,最终建立了二维显式有限元非线性地震反应分析模型。通过与相关文献结果对比验证了本文模型的正确性。2.建立典型深软盆地模型,研究二维多屈服面本构模型非线性参数的选取方法和原则,其中包括:抗剪强度、动剪切模量、屈服面参数以及粘性阻尼参数。3.基于显式有限元非线性地震反应分析模型的建立方法、非线性参数的选取方法以及新西兰GNS机构提供的实震观测数据,分别建立了新西兰LowerHutt盆地的粘弹性和粘弹塑性模型,进行了地表地震动的预测,通过与实测记录的对比,研究了两种模型对地震反应的预测能力。进一步基于本方法研究了该盆地的盆地效应、非线性特征以及二维模型和传统一维模型的预测结果的差异。4.基于新西兰LowerHutt盆地的非线性反应模型,研究了该盆地的竖向地震动反应规律。同时通过输入不同强度的地震动,研究了不同输入地震动强度对竖向地震反应的影响。5.对本文的工作进行了总结,并提出了本文的不足以及下一步展望。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 局部场地条件对地震反应的影响综述
  •     1.2.1 通过观测记录研究场地地震反应
  •     1.2.2 通过数值模拟方法研究场地地震反应
  •   1.3 土体动力本构模型研究进展
  •     1.3.1 粘弹性模型
  •     1.3.2 弹塑性模型
  •   1.4 选题意义及研究内容
  •     1.4.1 选题意义
  •     1.4.2 主要研究内容
  • 第二章 二维土层非线性地震反应分析理论及验证
  •   2.1 引言
  •   2.2 ABAQUS动力反应分析简介
  •     2.2.1 ABAQUS模块介绍
  •     2.2.2 ABAQUS显式计算原理
  •   2.3 弹塑性模型简介及在ABAQUS中的实现
  •     2.3.1 多屈服面本构模型理论
  •     2.3.2 弹塑性模型VUMAT子程序的实现
  •   2.4 人工边界条件在ABAQUS中的实现
  •   2.5 数值验证
  •     2.5.1 显式有限元计算过程的验证
  •     2.5.2 弹塑性本构滞回特征模型的模拟
  •     2.5.3 二维土体非线性地震反应的分析
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 非线性参数的选取及其适用性分析
  •   3.1 引言
  •   3.2 非线性参数选取
  •     3.2.1 参数选取模型基本信息简介
  •     3.2.2 抗剪强度和动剪切模量的选取原则
  •     3.2.3 屈服面参数的选取
  •     3.2.4 粘性阻尼的计算方法讨论
  •   3.3 数值对比分析
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 SV垂直入射时新西兰LowerHutt盆地地表水平地震反应分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 新西兰惠灵顿区LowerHutt盆地介绍
  •   4.3 场地参数
  •   4.4 LowerHutt盆地二维地震反应分析
  •     4.4.1 地震记录信息
  •     4.4.2 输入地震动反演过程
  •     4.4.3 模拟结果与实际记录对比
  •   4.5 盆地效应
  •     4.5.1 聚焦效应和边缘效应
  •     4.5.2 一维和二维分析模型反应谱特征的对比
  •   4.6 非线性特征分析
  •   4.7 本章小结
  • 第五章 SV垂直入射时新西兰LowerHutt盆地地表竖向地震反应分析
  •   5.1 前言
  •   5.2 与竖向地震动实测记录的对比分析
  •   5.3 垂直入射脉冲剪切波地表放大特征分析
  •     5.3.1 地表竖向地震反应走势分析
  •     5.3.2 地表地震反应竖向放大特征分析
  •   5.4 垂直入射地震波时竖向地震反应特征
  •     5.4.1 竖向地震动时程反应谱分析
  •     5.4.2 输入地震动强度对竖向地震反应的影响
  •   5.5 结论
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 游昊冉

    导师: 杨笑梅

    关键词: 场地条件,多屈服面,地震反应,非线性

    来源: 广东工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,建筑科学与工程

    单位: 广东工业大学

    分类号: TU435

    DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000243

    总页数: 101

    文件大小: 6992K

    下载量: 36

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