防灾科技学院实习报告书专业勘查技术与工程系别防灾工程系报告题目西昌市土层地震反应分析计算班级 1050211学号 105021133报告人王亚红指导教师刘必灯实习时间 2013.5.27-6.1 实习地点北校实验楼205教务处监制目录前言 (4)第一章场地地震反应分析的意义 (5)第二章场地地震反应分析步骤 (6)第三章基岩人造地震动和天然波的改造 (6)第四章场地地震反应的一维土层模型分析方法 (11)4.1一维土层模型计算方法简介 (11)4.2 等效线性化土层地震反应分析方法 (11)4.3 线弹性土层的稳态地震反应 (11)4.4非线性土层暂态地震反应的等效线性化解法 (12)第五章场地模型建立 (13)5.1 新世纪MALLC03公共钻孔（粗分）场地模型 (13)5.2 西昌市ZK33个人钻孔粗分)场地模型 (14)5.3 西昌市ZK33个人钻孔（细分）场地模型 (14)5.4土动力学参数 (15)第六章计算结果及分析 (16)6.1西昌市MALLC03公共钻孔地表地震动特征周期计算结果 (16)6.2西昌市ZK33个人钻孔地表地震动特征周期计算结果 (19)6.3西昌市ZK33个人细分钻孔地表地震动特征周期计算结果及分析 (21)6.4西昌市钻孔地表地震动特征周期计算结果分析 (23)第七章结论 (25)结束语 (25)参考文献 (26)前言工程地震学是从工程角度研究与减轻地震灾害有关的地震问题，预测工程场地的地震动参数，对工程场地的地震安全性进行评价，以便采取抗震设防措施，最大限度地减轻地震灾害。
工程地震学是介于地震学与土木工程学之间的一门学科。
地震学研究地震本身的发生机制，对地震发生的时间、地点和强度作出预测。
而工程地震学则是在地震预报的基础上，研究它的破坏作用，对地震的破坏影响作出预测，以便对土木工程结构的抗震设计提供科学依据。
因此，该课程是地震和工程两方面知识的综合和发展。
工程地震综合实习模块，我们将学习场地地震反应分析的意义，一维土层地震反应分析计算程序的使用；程序输入数据文件DATA、DAT、DATA1、DATA2、DATA3的建立与数据修改；通过地震危险性分析人工合成基岩地震动，建立场地的分析模型；根据西昌市新世纪MALLC03公共钻孔和ZK33的土层资料和13类土的土动力学参数，对西昌市MALLC03钻孔土层进行粗分，对西昌市ZK33个人钻孔进行粗分、细分，通过程序软件计算出场地模型输入人造地震动后的输出结果；对程序输出结果在Excel环境下绘制地震动加速度时程及反应谱图，最后对得到的结果进行相应的解释与对比。
实训时间为2013年5月27日到6月1日，通过实训，使学生巩固了课堂所学理论知识，深入地理解了地土层地震反应分析方法；掌握了用土层反应分析计算程序；熟练运用EXCEL对计算结果进行绘图；学会了编写实训报告。
第一章场地地震反应分析的意义地震发生时，地震波从震源体发出经地壳介质传播至地球表，引起地球表面局部场地振动，即场地地震动。
工程结构所在地，即支撑并对其地震反应有直接影响的地基称为场地。
震害调查及强震记录表明，地表覆盖土层对地震地面运动的幅值、频谱及强震动持续时间等有重要影响。
大多数情形下，认为地表土层对地震波有放大作用；发生地震时，基岩面的加速度可能并不大，但是由于场地条件不好可能引起地表加速度的剧烈放大，从而对结构产生严重的破坏，如软土场地的震害比基岩严重；震害与土层的厚度有关，厚土层的卓越周期相对较长，因此引起高层建筑物的共振破坏；盆地的震害（盆地效应导致地震波能量被吸收）比周边严重，但在特殊情况下，如地表有较强硬的持力层，而下部含有软弱夹层，则软弱夹层可能会起某种减震作用。
因此，对工程场地进行土层地震反应分析是必要的。
在地震危险性分析和确定设计地震动中，一般都是先确定基岩面的地震动，然后再考虑土层对地震动的影响。
地基岩土结构和特性、地形地貌、地质构造、浅表断层、水文地质条件、工程地质条件等工程要素对地震动和地面破坏有强烈的影响，对结构抗震有至关重要的作用。
为了在抗震设计中达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，必须考虑场地条件对地震动特性的影响，其分析方法总体有两类，一是近似估计的经验方法，通过经验方法利用强震记录资料及计算分析结果统计给出以场地特性指标为控制量的场地地震动的特征参数，给出平均值，适合于一般房屋和工程结构的建设；的二是本次实习中的理论模型计算方法，建立场地土层计算力学模型，通过土层反应分析计算程序计算地震反应量。
针对特定场地或重要工程对地震动输入与结构地震反应分析的精度要求较高，需利用理论分析方法来考虑工程场地条件对设计地震动的影响。
第二章场地地震反应分析步骤地表土层反应分析方法给出的是场地地表和不同深度处的相关地震动参数，这一方法的基本步骤是：（1）用地震危险性分析所给出的在一定设防水平下的自由基岩面地震动参数（峰值加速度、加速度反应谱和包络函数等），采用人工地震动合成方法得到场地基岩地震动时程，并以此确定场地反应计算中的基底入射地震波。
（2）利用工程场地工程地质勘测资料，建立场地对地震动影响分析的计算力学模型。
对局部场地介质分层界面、下卧基岩面及地表面较为平坦的场地，建立一维场地力学模型；对于土层界面、下卧基岩面及地表面沿一个水平方向较平坦的场地，建立二维场地力学模型；对于土层界面、下卧基岩面及地表面沿二个水平方向均起伏较大的场地，建立三维场地力学模型。
（3）利用数值计算方法，求解工程场地对应的力学模型在已知基底入射波情况下的动力反应，并给出场地地表或地下给定深度处的地震动时程及相应的加速度反应谱或其他有关的反应量。
（4）对场地地震反应计算结果予以综合评判，确定场地地表或某一深度处的设计地震动参数，即场地相关地震动峰值加速度和加速度反应谱等。
第三章基岩人造地震动和天然波的改造地震动是造成地震时结构破坏的主要原因，影响场地地震动的主要因素有地震震源特性、地震波从震源传播至场地的途径及场地条件。
对区域地震地质构造、地震活动性、潜在震源区划分及活动性参数确定和区域基岩地震动峰值加速度和反应谱衰减关系研究的基础上，采用地震危险性的概率分析方法给出了基岩地震动峰值加速度和反应谱值，这一结果已包含了地震震源特性、地震波从震源传播至场地的途径对场地地震动的影响。
以地震危险性分析得到的基岩峰值加速度和反应谱作为人工合成地震动的目标函数，结合适应工程场地区域地震活动特征的强度包络函数，采用拟合目标函数的三角级数叠加法合成基岩地震动加速度时程，作为场地土层地震分析分析的地震动输入。
基岩地震动加速度时程的方法合成的基本思路是用一个三角级数构造一个零均值的平稳高斯过程，然后乘以强度包络函数，得到非平稳的基岩加速度时程。
采用地震危险性分析结果与地震动时程合成过程中地震动能量匹配的原则，即以地震危险性分析所得到等效震级与距离，以及由地震动持时参数统计经验所得的地震动持时作为参考，在地震动时程合成过程中综合考虑地震动反应谱与强度包络参数之间的匹配情况，调整地震动持时参数值，最终综合确定地震动持时参数。
西昌市基岩地震动的确定首先根据地震危险性分析资料和地震危险性分析结果得到地震烈度与基岩地震动水平峰值加速度评定结果（表3.1）和加速度反应谱评定结果（表3.2），并将其与等效地震相应的包线函数等参数值代入人工合成地震动程序（SAW）进行基岩地震动加速度时程的合成。
表3.1 西昌市地震烈度与基岩地震动水平峰值加速度评定结果注：来自田启文.西昌市基岩地震动确定.防灾科技学院，2012。
表3.2基岩地震动加速度反应谱评定结果（单位：cm/s/s,阻尼比5%）注：来自田启文.西昌市基岩地震动确定.防灾科技学院，2012。
本文采用的是西昌市基岩人造地震动合成结果。
使用的资料是西昌市防震规划设计相关资料，人工合成基岩地震动加速度时程峰值约为300.400gal之间，目标反应谱最大值均为约1000gal。
根据上面在50年超越概率为10%的设防水平下给出的基岩峰值加速度、加速度反应谱与包线函数，采用合成地震动的数值方法合成了二条基岩地震动加速度时程曲线，如图3.1、3.3所示；二条基岩地震动加速度反应谱曲线，如图3.2、3.4所示。
这二条基岩加速度时程分别如图所示, 2个图的区别在于编写LI1文件时用的随机相位不同，图3.1、3.2的随机相位为2013，,图 3.3、3.4的随机相位为21133。
图3.1西昌市人工合成基岩地震动加速度时程（随机相位为2013）图 3.2人工合成地震动加速度反应谱拟合程度情况（随机相位为2013）-500-400-300-200-1000100200300400051015202530354045t/s加速度/g a l图3.3西昌市人工合成基岩地震动加速度时程（随机相位为21133）图3.4人工合成地震动加速度反应谱拟合程度情况（随机相位为21133）为方便和人工合成地震波做比对，需对天然地震波进行改造。
图3-5 天然波改造基岩地震动加速度时程曲线人造合成地震动，并非真实的地震动，但有一定的规律可循，实际工程中不能仅凭一条人工合成地震动为代表来进行建筑结构的抗震设计，为满足实际工程需要，规范规定至少输入3条地震动，所以工程地震综合实习我们采用了2条人工合成地震动记录和1条天然地震动记录。
通过设置不同的随机数确定不同的初始相位，不同地震波计算得出的反应谱不同，得到的平台值等也不同，通过取平均值为工程所应用，采用2条人工合成地震动记录和1条天然地震动记录，这样不仅可以取平均，还可以避免随机错误的发生，更加具有说服力。
第四章 场地地震反应的一维土层模型分析方法4.1一维土层模型计算方法简介一维场地地震反应分析方法所涉及的主要问题是图层介质模型和动力方程的建立、土体介质非线性特性的考虑及动力方程的求解。
对于一维场地力学模型，图层介质动力方程的建立较为方便，可以建立连续介质波动方程或有限元离散形式动力（波动或振动）方程，建立何种形式的动力方程取决于采用什么样的方法求解动力反应，而动力方程求解方法的选取有与土体非线性特性的考虑方法有关。
在一维成层场地地震反应分析方法中，较早出现的是时域弹性波传播理论方法，但这一方法实际上只能给出覆盖土层层数减少（如一、二层）情况下的反应解。
而后出现了频域弹性波传播理论方法，这一方法则适用于任意土层层数情况。
4.2 等效线性化土层地震反应分析方法等效线性化土层地震反应分析方法是一种间接考虑土体非线性特性的方法，主要分为两个部分，一是频域线性波动方程的求解，二是土体非线性的等效线性化处理。
4.3 线弹性土层的稳态地震反应土层模型如图4.1所示。
1-N 个土层覆盖在基岩均匀半无限空间之上，各覆盖层厚度、介质质量密度和剪切模量分别为n h ，n ρ和n μ，n =1，2，…，1-N ，下卧基岩半空间的质量密度和剪切模量为N ρ和N μ。