地震及土工抗震概論.

1、2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院1地震及地震及 土工抗震概論土工抗震概論駱亞生 2008.5.212022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院2沉痛哀悼沉痛哀悼汶川地震中遇難同胞汶川地震中遇難同胞2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院3 內(nèi)容安排內(nèi)容安排第一節(jié) 地球的構(gòu)造第二節(jié) 活動(dòng)構(gòu)造帶第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型第四節(jié) 地震帶第五節(jié) 地震的名詞概念第六節(jié) 衡量地震大小的尺度第七節(jié) 地震監(jiān)測(cè)方法和手段第八節(jié) 建筑物抗震設(shè)防要求第九節(jié) 抗震設(shè)計(jì)常用方法第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院4第一節(jié) 地球的構(gòu)造 地球

2、分為地殼、地幔和地核三個(gè)圈層 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院5第一節(jié) 地球的構(gòu)造 地殼是地球最外面的一層，一般厚33公里（大陸）或7公里（海洋）。地殼分為上下兩層，其間是康拉德面，在10公里左右。上部地殼只有大陸有，海洋基本缺失。上部地殼主要為花崗巖層，下部地殼主要為玄武巖層。 介于地殼和地核之間的部分是地幔，平均厚度為2870公里左右。地幔也分為上下兩層，分界面約在1000公里左右。上地幔主要由超基性巖組成。下地幔主要由超高壓礦物組成的超基性巖構(gòu)成。 在上地幔分布著一個(gè)呈部分熔融狀態(tài)的軟流圈，其深度在60-400公里左右，是液態(tài)巖漿的發(fā)源地。由于莫霍面上下物質(zhì)都是固態(tài)，

3、其力學(xué)性質(zhì)區(qū)別不大，所以將地殼和軟流圈以上的地幔部分統(tǒng)稱為巖石圈。 地球的中心部分為地核，半徑為3473公里左右。地核又可分為外核和內(nèi)核。根據(jù)對(duì)地震波傳播速度的測(cè)定，外核可能是液態(tài)物質(zhì)，內(nèi)核則是固體物質(zhì)。地核的物質(zhì)成分同鐵隕古相似，所有有時(shí)又叫“鐵鎳核心”。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院6第二節(jié) 活動(dòng)構(gòu)造帶 斷層、褶皺和它們?cè)诘乇硭从吵龅男螒B(tài)，并非雜亂無(wú)章，而是相互聯(lián)系確有規(guī)律的。我們常把那些在一定的范圍內(nèi)有著共同的成因和內(nèi)在聯(lián)系的斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，歸為一個(gè)構(gòu)造帶。在我國(guó)，有許許多多構(gòu)造帶，它們的延伸方向有北東向的，還有東西向的、南北向的等等。有些構(gòu)造帶相對(duì)來(lái)說(shuō)

4、比較穩(wěn)定。另外一些構(gòu)造帶則還在活動(dòng)，這就是活動(dòng)構(gòu)造帶。它在地面上常呈狹長(zhǎng)形，那里經(jīng)常表現(xiàn)為地面較大幅度的升沉及水平方向的錯(cuò)動(dòng)，有些地方還表現(xiàn)為火山噴發(fā)以及地震的頻繁活動(dòng)。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院7第二節(jié) 活動(dòng)構(gòu)造帶 當(dāng)然構(gòu)造帶的活動(dòng)不一定都表現(xiàn)為地震。但地震之所以發(fā)生，必然是由于某一個(gè)構(gòu)造帶的局部或全部，甚至更大范圍的活動(dòng)，達(dá)到了一定激烈程度所引起的。因此，查清哪里有活動(dòng)構(gòu)造帶，鑒定活動(dòng)構(gòu)造帶的性質(zhì)，測(cè)定那里活動(dòng)的強(qiáng)弱程度，以及了解和這個(gè)構(gòu)造帶相關(guān)的地區(qū)的地質(zhì)情況，認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境對(duì)這個(gè)活動(dòng)構(gòu)造帶的影響，就有可能找到那種將要發(fā)生地震的地方，這對(duì)我們預(yù)防地震有重要意義。

5、 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院8第二節(jié) 活動(dòng)構(gòu)造帶 活動(dòng)構(gòu)造帶中以下幾個(gè)部位容易發(fā)生強(qiáng)烈地震 1.活動(dòng)斷裂帶曲折最突出的部位（簡(jiǎn)稱拐彎處或拐點(diǎn)），往往是震中所在的地點(diǎn)。因?yàn)檫@種部位構(gòu)造脆弱，地應(yīng)力易于集中； 2.活動(dòng)斷裂帶的兩頭（簡(jiǎn)稱端點(diǎn)），有時(shí)是震中往返跳動(dòng)的地點(diǎn)。因?yàn)樵诘貞?yīng)力加強(qiáng)而被迫向外發(fā)展的時(shí)候，活動(dòng)斷裂帶的兩頭是按過去構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的軌道，進(jìn)一步推動(dòng)它繼續(xù)發(fā)展最有利的部位； 3.一條活動(dòng)斷裂帶和另一條斷裂帶交叉的地方（簡(jiǎn)稱交叉點(diǎn)），往往是震中所在的地點(diǎn)。因?yàn)閿嗔呀徊嫣?，斷面多半崎嶇不平，或者有大堆破壞了的巖塊聚集在一起，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中。2022-5-31西北農(nóng)林科

6、技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院9第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 地震分為天然地震和人工地震兩大類。天然地震主要是構(gòu)造地震，它是由于地下深處巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)把長(zhǎng)期積累起來(lái)的能量急劇釋放出來(lái)，以地震波的形式向四面八方傳播出去，到地面引起的房搖地動(dòng)。構(gòu)造地震約占地震總數(shù)的90%以上。其次是由火山噴發(fā)引起的地震，稱為火山地震，約占地震總數(shù)的7%。此外，某些特殊情況下了也會(huì)產(chǎn)生地震，如巖洞崩塌（陷落地震）、大隕石沖擊地面（隕石沖擊地震）等。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院10第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 人工地震是由人為活動(dòng)引起的地震。如工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動(dòng)；在深井中進(jìn)行高壓注水以及大水庫(kù)

7、蓄水后增加了地殼的壓力，有時(shí)也會(huì)誘發(fā)地震。 地震波發(fā)源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常將震源深度小于70公里的叫淺源地震，深度在70-300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。破壞性地震一般是淺源地震。如1976年的唐山地震的震源深度為12公里。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院11第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院12第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 按成因，天然地震主要分為以下幾種類型：按成因，天然地震主要分為以下幾種類型： 構(gòu)造地震是由于地下巖層的快速破裂和錯(cuò)動(dòng)所造成的

8、地震，占全球地震總數(shù)的90%以上。寧夏所發(fā)生的地震，絕大多數(shù)屬于此種類型。由于構(gòu)造地震頻度高、強(qiáng)度大、破壞重，因此是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)對(duì)象。 火山地震 是由于火山作用引起的地震，占全球發(fā)生地震數(shù)的7%左右?；鹕降卣鸲及l(fā)生在活火山地區(qū)，一般震級(jí)不大。 陷落地震是由于地層陷落(如喀斯特地形、礦坑下塌等)引起的地震，占全球地震總數(shù)的3左右，其破壞范圍非常有限。 誘發(fā)地震在特定的地區(qū)因某種地殼外界因素誘發(fā)（如隕石墜落、水庫(kù)蓄水、深井注水）而引起的地震。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院13第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 按震源深度可分為以下類型：按震源深度可分為以下類型： 淺源

9、地震震源深度小于70公里的地震，也稱正常深度地震，占總數(shù)的3%。寧夏地震都是淺源地震。 中源地震震源深度在70公里至300公里之間的地震稱為中源地震。 深源地震震源深度大于300公里的地震稱為深源地震。已記錄到的最深地震的震源深度約為700公里。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院14第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 按震中距可分為以下類型：按震中距可分為以下類型： 地方震震中距小于100公里的地震； 近 震震中距大于100公里、小于1000公里的地震； 遠(yuǎn) 震震中距大于1000公里的地震。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院15第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 按震級(jí)（按震

10、級(jí)（M）可分為以下類型：）可分為以下類型： 小 震4級(jí)以下的地震； 中強(qiáng)震5-6級(jí)的地震； 強(qiáng) 震7級(jí)以上的地震，其中8級(jí)以上的地震又稱為特大地震。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院16第三節(jié) 地震的產(chǎn)生和類型 按地震的破壞程度可分為以下類型：按地震的破壞程度可分為以下類型： 一般破壞性地震造成數(shù)人至數(shù)十人死亡，或直接經(jīng)濟(jì)損失在一億元以下（含一億元）的地震； 中等破壞性地震造成數(shù)十人至數(shù)百人死亡，或直接經(jīng)濟(jì)損失在一億元以上（不含一億元）、五億元以下的地震； 嚴(yán)重破壞性地震人口稠密地區(qū)發(fā)生的七級(jí)以上地震、大中城市發(fā)生的六級(jí)以上地震，或者造成數(shù)百至數(shù)千人死亡，或直接經(jīng)濟(jì)損失在五億

11、元以上、三十億元以下的地震； 特大破壞性地震大中城市發(fā)生的七級(jí)以上地震，或造成萬(wàn)人以上死亡，或直接經(jīng)濟(jì)損失在三十億元以上的地震。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院17第四節(jié) 地震帶 地震主要分布在環(huán)太平洋帶，阿爾比斯喜馬拉雅帶，大西洋中脊和印度洋中脊上。總的來(lái)說(shuō)，地震主要發(fā)生在洋脊和裂谷、海溝、轉(zhuǎn)換斷層和大陸內(nèi)部的古古板塊邊緣等構(gòu)造活動(dòng)帶。1995-2001年全球4級(jí)以上地震震中分布圖2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院18中國(guó)地震區(qū)劃圖2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院19第五節(jié) 地震的名詞概念主震、前震、余震主震、前震、余震什么是主震？

12、 在一個(gè)地震序列中，其中最大的一次地震，稱為主震。什么是前震？ 主震前發(fā)生的地震，稱為前震。 什么是余震？ 主震后發(fā)生的地震，稱為余震。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院20第五節(jié) 地震的名詞概念有感地震、無(wú)感地震有感地震、無(wú)感地震什么是有感地震？ 震級(jí)大于3級(jí)到小于4.5級(jí)，人們感覺到的地震，稱為有感地震。 什么是無(wú)感地震？ 一般來(lái)說(shuō)，震級(jí)小于3級(jí)，人們感覺不到的地震，稱為無(wú)感地震。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院21第五節(jié) 地震的名詞概念地震的定量描述地震的定量描述極震區(qū)：震中附近振動(dòng)最大，也就是破壞最嚴(yán)重的地區(qū)，叫極震區(qū)；等震線：在地圖上把地面破壞

13、程度相似的各點(diǎn)連接起來(lái)的曲線，叫等震線。宏觀震中：地面破壞最強(qiáng)烈的地方，往往不是震中所在處，而是在稍微離開震中一些的地方，這里常稱為宏觀震中。地震波：地震時(shí)，地下巖層突然破裂、錯(cuò)動(dòng)所產(chǎn)生的震動(dòng)，以彈性波形式把能量從震源向四面八方傳播出來(lái)，這種波稱為地震波。震中距、震源距：地面上其他地點(diǎn)到震中的距離，叫震中距；到震源的距離叫震源距。震源機(jī)制：地震震源處地球介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院22第六節(jié) 衡量地震大小的尺度 地球上的地震有強(qiáng)有弱。用來(lái)衡量地震強(qiáng)度大小的尺子有兩把，一把叫地震震級(jí)；另一把叫地震烈度。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，地震震級(jí)好象不同瓦數(shù)的日光燈，瓦數(shù)越高能

14、量越大，震級(jí)越高。烈度好象屋子里受光亮的程度，對(duì)同一盞日光燈來(lái)說(shuō)，距離日光燈的遠(yuǎn)近不同，各處受光的照射也不同，所以各地的烈度也不一樣。地震震級(jí)是衡量地震大小的一種度量。每一次地震只有一個(gè)震級(jí)。它是根據(jù)地震時(shí)釋放能量的多少來(lái)劃分的，震級(jí)可以通過地震儀器的記錄計(jì)算出來(lái)，震級(jí)越高，釋放的能量也越多。我國(guó)使用的的震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際通用震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，叫“里氏震級(jí)”。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院23第六節(jié) 衡量地震大小的尺度 各國(guó)和各地區(qū)的地震分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同：一般將小于1級(jí)的地震稱為超微震：大于、等于1級(jí),小于3級(jí)的稱為弱震或微震；大于、等于3級(jí)，小于4.5級(jí)的稱為有感地震；大于、等于

15、4.5級(jí)，小于6級(jí)的稱為中強(qiáng)震；大于、等于6級(jí)，小于7級(jí)的稱為強(qiáng)震；大于、等于7級(jí)的稱為大地震，其中8級(jí)以及8級(jí)以上的稱為巨大地震。迄今為止，世界上記錄到最大的地震為8.9級(jí)，是1960年發(fā)生在南美洲的智利地震。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院24第六節(jié) 衡量地震大小的尺度 地震烈度表示地面及建筑物遭受地震影響和破壞的程度。地震基本烈度：是指某地區(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下可能遭受的最大烈度。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院252022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院26第七節(jié) 地震監(jiān)測(cè)方法和手段 地震前兆是與地震孕育和發(fā)生相關(guān)聯(lián)的

16、異常現(xiàn)象。由于地震的孕育和發(fā)生是很 復(fù)雜的自然現(xiàn)象，因此在這個(gè)過程中將出現(xiàn)地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、 地球化學(xué)及至生物學(xué)、氣象學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域中的各種異常現(xiàn)象。經(jīng)過系統(tǒng)的清 理和研究，自1966年邢臺(tái)地震以來(lái),我國(guó)已在70 多次中強(qiáng)以上地震前記錄到 1000多條前兆異常。這些前兆異?？蓺w為十大類，即地震學(xué)、地殼形變、重力 地磁、地電、水文地球化學(xué)、地下流體（水、汽、氣、油）動(dòng)態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變、 氣象異常以及宏觀前兆現(xiàn)象。每一類前兆又包含多種監(jiān)測(cè)手段和異常分析項(xiàng)目。 如地殼形變包含有大面積水準(zhǔn)測(cè)量、斷層位移測(cè)量、海平面觀測(cè)、湖面觀測(cè)、 地面傾斜觀測(cè)等手段。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利

17、與建筑工程學(xué)院27第七節(jié) 地震監(jiān)測(cè)方法和手段 地震學(xué)前兆分析項(xiàng)目是各大類前兆中最豐富的，包括地 震活動(dòng)分布的條帶、空區(qū)集中、地震頻度、能量、應(yīng)變、值、震群、前震、 地震波速、波形、應(yīng)力降等三十多種異常分析項(xiàng)目。宏觀異常項(xiàng)目亦是豐富多 彩，如地聲、地光、火球、噴水、噴油、噴氣、地氣味、地氣霧，井水翻花、 冒泡、突升、突降、變色、變味、井孔變形、各種動(dòng)物行為的反?，F(xiàn)象等等。 總之，由于地震孕育和發(fā)生過程的復(fù)雜性，決定了地震前兆具有豐富，多樣和 綜合的特點(diǎn)。歸納起來(lái)，前兆現(xiàn)象可分為十大類，其中包含的異常分析項(xiàng)目和 觀測(cè)手段可達(dá)近百項(xiàng)。 2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院28第八節(jié)

18、建筑物抗震設(shè)防要求 抗震設(shè)防要求是指國(guó)務(wù)院地震行政主管部門對(duì)建設(shè)工程制定的必須達(dá)到的抗御地震破壞的準(zhǔn)則和技術(shù)指標(biāo)。它是在綜合考慮地震環(huán)境、工程的重要程度、允許的風(fēng)險(xiǎn)水平及要達(dá)到的安全目標(biāo)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)承受能力等因素的基礎(chǔ)上確定的，主要以地震烈度或地震動(dòng)數(shù)表述。 抗震設(shè)防簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在工程建設(shè)時(shí)設(shè)立防御地震災(zāi)害的措施?？拐鹪O(shè)防通常通過三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到：確定抗震設(shè)防要求，即確定建筑物必須達(dá)到的抗御地震災(zāi)害的能力；抗震設(shè)計(jì)，采取基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)等抗震措施，達(dá)到抗震設(shè)防要求；抗震施工，嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)施工，保證建筑質(zhì)量。上述三個(gè)環(huán)節(jié)是相輔相成密不可分的，都必須認(rèn)真進(jìn)行。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建

19、筑工程學(xué)院29第八節(jié) 建筑物抗震設(shè)防要求 有關(guān)資料表明，地震災(zāi)害損失主要是由建（構(gòu)）筑物的倒塌破壞造成的。1976年唐山地震最為觸目驚心的震害是建（構(gòu)）筑物的倒塌，極其慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失均由此而來(lái)。究其原因，主要是因?yàn)樘粕绞且粋€(gè)對(duì)地震沒有設(shè)防的城市，盡管大量建筑物為近代新建，但沒有經(jīng)過抗震設(shè)防，在大地震面前終究難逃一劫。大震不倒，中震可修，小震不壞2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院30 對(duì)于地震引起的振動(dòng)，要減小地震震動(dòng)一般是比較困難的。但對(duì)于由基巖向上傳播水平剪切波分量為主的地震振動(dòng)，如在傳播途中遇到軟弱夾層時(shí)，可以使振動(dòng)量大大減小。因此，可以在建筑物與地基之間設(shè)計(jì)滑

20、動(dòng)減震，以阻隔剪切波向建筑物的傳播，限制輸入建筑物的能量，并促使已輸入的能量因反饋或吸收而減小，以增強(qiáng)建筑物的抗震穩(wěn)定性。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院31第九節(jié) 抗震設(shè)計(jì)常用方法（一）（一） 規(guī)范方法規(guī)范方法 地震的烈度需區(qū)分地震烈度、基本烈度和設(shè)計(jì)烈度。地震烈度是對(duì)過去地震影響的評(píng)價(jià)，基本烈度是對(duì)未來(lái)地震影響的評(píng)估，是通過地震取締至于歷史地震活動(dòng)相結(jié)合的分析方法，再考慮歷史烈度分布的方法來(lái)確定的。至于設(shè)計(jì)烈度則是考慮了建筑物的重大程度和建筑場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的變化，而在抗震設(shè)計(jì)中所采用的烈度，它通常可以等于基本烈度，有時(shí)也視建筑物和場(chǎng)地的具體情況比基本烈度增加

21、或減小一度。在設(shè)計(jì)計(jì)算中根據(jù)設(shè)計(jì)烈度應(yīng)用相關(guān)規(guī)范選取對(duì)應(yīng)的地震加速度，這是一種較常用的反映地震作用的方法。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院32第九節(jié) 抗震設(shè)計(jì)常用方法（二）（二） Seed三參數(shù)法三參數(shù)法 Seed等人認(rèn)為，對(duì)于水平地面，地震影響地面反映最主要的因素是60m范圍內(nèi)的土性特征，沒有必要過分追求基巖運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，只要覆蓋層的土性指標(biāo)能夠準(zhǔn)確確定，基巖運(yùn)動(dòng)能夠合理估計(jì)，既可以計(jì)算出與實(shí)際記錄的結(jié)果相接近的地面運(yùn)動(dòng)。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，用振動(dòng)的振幅（一般為最大加速度）、頻率（或周期）和歷時(shí)三個(gè)主要參數(shù)來(lái)反映基巖的運(yùn)動(dòng)，從而計(jì)算場(chǎng)地地面的地震反應(yīng)，進(jìn)而計(jì)算建筑物的地震反應(yīng)

22、。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院33第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法 土體動(dòng)力反應(yīng)分析的任務(wù)是確定土體受動(dòng)荷作用時(shí)任一時(shí)刻的反映值（位移、速度、加速度）。動(dòng)力反應(yīng)的大小，因土體的材料特性、質(zhì)量分布和邊界條件等一些列因素的影響而不同。動(dòng)力反應(yīng)分析的方法均包括對(duì)運(yùn)動(dòng)體系的合理簡(jiǎn)化，土體運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力平衡方程的建立，以及方程式的求解。由于假定條件和處理方法的不同，土體動(dòng)力反應(yīng)分析的方法有許多種，其中剪切層法、集中質(zhì)量法、有限單元法和振型疊加法比較常用。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院34第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（一）（一） 剪切層法剪切層法 剪切層法是將土體視為

23、一系列無(wú)限薄層所組成，其間由剪切彈簧和阻尼器聯(lián)成振動(dòng)體系（即將土體視為粘彈性材料）。它承受地震引起的水平剪切振動(dòng)，按一維問題進(jìn)行分析。 當(dāng)剪切層法用于地基的地震反應(yīng)分析時(shí)，可在地基任一深度上取一個(gè)微元體建立運(yùn)動(dòng)方程。求解時(shí)可用頻域法和特征線法。 當(dāng)剪切層法用于土壩的地震反應(yīng)分析時(shí)，可在壩體認(rèn)一深度上取一微層建立運(yùn)動(dòng)方程。求解使用分離變量法或稱為剪切楔法。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院35第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（一）（一） 剪切層法剪切層法地基的剪切層法2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院36第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（一）（一） 剪切層法剪切層法土

24、壩的剪切楔法2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院37第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（二）（二） 集中質(zhì)量法集中質(zhì)量法 集中質(zhì)量法就是將系統(tǒng)的質(zhì)量集中在一個(gè)或多個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，各質(zhì)點(diǎn)之間或質(zhì)點(diǎn)與地基之間用一假想的無(wú)重量彈簧和阻尼器連接起來(lái)（反映系統(tǒng)的彈性及阻尼性質(zhì)），從而形成一個(gè)質(zhì)阻彈系統(tǒng)，來(lái)研究它的動(dòng)力反應(yīng)特性。視結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以形成單質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)（如水塔）或多質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)（如多層樓房、多層地基、土壩等）。它們的動(dòng)力反應(yīng)分析，就是要求出任意時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)空間位置的變化特性，如位移、速度、加速度，從而得到其振動(dòng)所引起的荷載和內(nèi)力。集中質(zhì)量法中動(dòng)力方程往往用逐步積分法求解。常用的有：線性加速度法、

25、Wilson-值法和Newmark-值法。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院38第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（二）（二） 集中質(zhì)量法集中質(zhì)量法（1）線性加速度法 假定加速度在t(=t2-t1)的小時(shí)段內(nèi)呈線性變化。用此法計(jì)算時(shí)，往往會(huì)因出發(fā)值（起始數(shù)據(jù)）的誤差和計(jì)算過程中的舍入誤差的傳遞而影響到計(jì)算結(jié)果的精度。一般當(dāng)時(shí)間步長(zhǎng)t較小時(shí)，這種影響不大，可以認(rèn)為計(jì)算方法是穩(wěn)定的。反之，如時(shí)間步長(zhǎng)較大，則這種影響很大，此時(shí)計(jì)算方法不穩(wěn)定。 為此，用線性加速度法計(jì)算，要求時(shí)間步長(zhǎng)較小，一般應(yīng)小于固有頻率的最小周期。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院39第十節(jié) 土體動(dòng)力

26、反應(yīng)分析方法（二）（二） 集中質(zhì)量法集中質(zhì)量法（2）Wilson-法 為了改進(jìn)線性加速度法的穩(wěn)定性，Wilson建議用放大了的時(shí)段t代替實(shí)際時(shí)段t進(jìn)行計(jì)算，提出了值法，此法引進(jìn)了一個(gè)參數(shù)（1），并假定加速度在t 時(shí)段內(nèi)是線性變化的。這樣， 值可以在無(wú)條件穩(wěn)定的前提下選?。ㄑ芯勘砻?，只要1.37， Wilson-法就能無(wú)條件穩(wěn)定。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院40第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（二）（二） 集中質(zhì)量法集中質(zhì)量法（3）Newmark-法 Newmark提出的值法，引進(jìn)了兩個(gè)參數(shù)及，計(jì)算的穩(wěn)定性和精度靠適當(dāng)選擇這兩個(gè)參數(shù)來(lái)滿足。當(dāng)=1/6,=1/2時(shí)，此法即相當(dāng)于

27、線性加速度法；當(dāng)=1/4,=1/2時(shí)，通常稱為Newmark常值加速度法，它也是無(wú)條件穩(wěn)定的。2022-5-31西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院41第十節(jié) 土體動(dòng)力反應(yīng)分析方法（三）（三） 有限單元法有限單元法 土體動(dòng)力分析的有限元法和靜力情況一樣，需先對(duì)土體離散化，把土體分割成在有限個(gè)結(jié)點(diǎn)處連接起來(lái)的單元（三角形、矩形、四變形等）的離散體（網(wǎng)格），選好坐標(biāo)，對(duì)單元和結(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行編號(hào)，計(jì)算各結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和各單元的面積，然后，對(duì)每個(gè)單元用有限個(gè)參數(shù)描述它的力學(xué)特性，再將這些單元體力學(xué)特性總和視為土連續(xù)體的力學(xué)特性，由此建立各種物理量的平衡關(guān)系，最后歸結(jié)為求解線性方程組。 但是，由于動(dòng)力問題中作用在彈性體上的干擾荷載與時(shí)間t有關(guān)，相應(yīng)的位移、應(yīng)變和應(yīng)力都是時(shí)間