基于OpenSees的南海典型岛礁场地地震效应分析
发布时间：2020-10-27 20:59
海域地区开发过程中出现的工程科学技术问题是近年来岩土工程等相关领域研究的重要课题之一。考虑到我国南海北部地震相对活跃,鉴于历次地震中海洋岛屿上的工程设施破坏较为严重,本文首先对某海域钙质砂进行力学试验,分析了钙质砂特性,挑选有限元软件OpenSees中的多屈服面塑性本构模型对饱和钙质砂进行模拟,并基于永暑礁工程地质剖面图建立了岛礁场地多工况下的二维简化模型,选取了2011年东日本大地震及1999年中国台湾集集大地震中的部分基岩记录作为输入地震动,开展了不同礁灰岩盆地倾角与钙质砂层厚度工况下岛礁地震场地效应研究。本研究旨在探讨岛礁场地地震反应的机理,为研究南海岛礁海洋工程的设计地震动参数提供科学依据。论文完成的主要工作如下:1.介绍了南海岛礁场地的特殊工程地质条件和地震活动性特征,通过比较国内外常用的场地地震反应分析方法,针对岛礁这一特殊工程地质体,探讨了岛礁场地地震反应分析中需要考虑的几方面显著因素,包括:南海岛礁体的特殊地形;南海岛礁特殊岩土工程材料;海水-岛礁体动力相互作用;南海地区海底输入地震动的确定。2.通过使用动三轴试验系统(DYNTTS),对南部某海域钙质砂进行了试验研究,发现相较同类型的普通石英砂,饱和钙质砂的剪切模量偏小,临界状态特征均与普通钙质砂试验结果一致,已有的砂土的弹塑性本构模型可以实现饱和珊瑚砂的静动力特征的模拟。3.地震剪切波(SH波)垂直向上入射传播到岛礁盆地时,对于同一纵向剖面,岛礁盆地砂层场地的水平向加速度峰值在礁灰岩岩盆边缘最大,向场地中央过渡的过程中逐渐减小。岛礁岩盆边缘有产生加速度峰值异常的情况,即盆地边缘效应的产生,对于同一横向剖面,钙质砂层对水平向峰值加速度的放大效应最显著,且随着地震动幅值的增加,放大系数总体上逐渐减小,出现放大“弱化”的现象。4.岛礁场反应谱放大效应明显,礁坪区放大顺序依次为外礁坪、内礁坪、中礁坪,对应的放大倍数在1~2.4、1~1.7、1~1.4之间,放大倍数峰值依次为2.37、1.70、1.39,放大倍数所处周期均在0.1 s~0.3 s之间。
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU435
【部分图文】：
详见下图1-1。单华刚和汪稔（2000）将珊瑚礁分为向海坡、外礁坪、内礁坪和泻湖四大地貌单元。陡峭的阶地是向海坡的特征；外礁坪由礁缘凸起带和礁坡带组成；内礁坪一般珊瑚丛生，凹凸不平，并堆积了珊瑚断枝、礁砾块等；泻湖水深在 5～80 m之间，常见的为 5～25 m，湖底沉积多为较细粒砂砾或粉细砂等。王新志[7]将珊瑚礁根据地貌形态分为环礁、台礁和水下礁丘，其中环礁地貌结构包括向海坡、礁坪、泻湖三个地貌相带。孙宗勋和詹文欢（2004）结合海洋水动力环境分带、沉积环境、地层岩性、礁岩体结构特征及工程地质特性，将珊瑚礁划分成为 5 个工程地质相带：外礁坪剧烈冲刷区、中礁坪砾块堆积带、内礁坪珊瑚生长带、潟湖砂质堆积带、灰沙岛堆积带，如图 1-2 所示。珊瑚礁地貌最大特色是海洋钙质生物的堆积地貌，在波基面以上的地貌部分均受到暴风浪或常浪流的冲蚀，潮上带受风力的堆积和吹蚀作用。结合前人的研究资料，本文将南沙群岛珊瑚礁地貌类型分为环礁、台礁、陆坡潮下生物礁滩、陆坡与海槽谷中的塔礁、陆架潮下礁丘 5 个基本类型（钟晋梁
坪、泻湖三个地貌相带。孙宗勋和詹文欢（2004）结合海洋水动力环境分带、沉积环境、地层岩性、礁岩体结构特征及工程地质特性，将珊瑚礁划分成为 5 个工程地质相带：外礁坪剧烈冲刷区、中礁坪砾块堆积带、内礁坪珊瑚生长带、潟湖砂质堆积带、灰沙岛堆积带，如图 1-2 所示。珊瑚礁地貌最大特色是海洋钙质生物的堆积地貌，在波基面以上的地貌部分均受到暴风浪或常浪流的冲蚀，潮上带受风力的堆积和吹蚀作用。结合前人的研究资料，本文将南沙群岛珊瑚礁地貌类型分为环礁、台礁、陆坡潮下生物礁滩、陆坡与海槽谷中的塔礁、陆架潮下礁丘 5 个基本类型（钟晋梁，1996）。图 1-1 珊瑚岛礁地貌分类示意图（崔永圣，2014）
采芯率为 71%，并对岩芯进行研究如下：0～17.3 m 为未胶结的生物砂砾堆积，17.3 m 以下为礁灰岩，礁灰岩内存在两个沉积间断面，将岩芯分成三段：17.3～89.8 m 为生物砾砂屑灰岩；89.8～142 m 为溶蚀孔隙发育的生物砾砂屑灰岩、珊瑚灰岩；142～152.07 m 为珊瑚白云岩（汪稔 等，1997）。“南永 2 井”共采得413.69 m 岩芯，根据其岩性特征、生物组成变化，可分为五层，0～17.71 m 为未胶结的松散生物沉积，固结石化矿物成分仍保持生物骨骼原始成分—文石和高镁方解石；17.71～18.71 m 已成岩—珊瑚灰岩，矿物成分方解石化；18.71～22.69 m又是一层与 0～17.71 m 岩性相同的未胶结成岩的松散生物屑层；22.69～141.71 m为生物灰岩，生物骨骼的矿物组成由文石和高镁方解石转为方解石，141.71～413.69 m 以下为生物白云岩，生物骨骼的矿物成分先方解石化后又白云化（汪稔等，1997）。下图 1-3 为珊瑚礁浅层岩土体结构特征及岩盆结构示意图，上层为珊瑚砂砾层，含少量的珊瑚断枝、贝壳等，松散无胶结，下层为礁灰岩，埋深 16～22 m，基岩面起伏不定，部分含有弱胶结的礁灰岩，呈倾斜状，强度比原生礁灰岩强度低（汪稔 等，1997）。
【参考文献】
本文编号：2859057
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU435
【部分图文】：
详见下图1-1。单华刚和汪稔（2000）将珊瑚礁分为向海坡、外礁坪、内礁坪和泻湖四大地貌单元。陡峭的阶地是向海坡的特征；外礁坪由礁缘凸起带和礁坡带组成；内礁坪一般珊瑚丛生，凹凸不平，并堆积了珊瑚断枝、礁砾块等；泻湖水深在 5～80 m之间，常见的为 5～25 m，湖底沉积多为较细粒砂砾或粉细砂等。王新志[7]将珊瑚礁根据地貌形态分为环礁、台礁和水下礁丘，其中环礁地貌结构包括向海坡、礁坪、泻湖三个地貌相带。孙宗勋和詹文欢（2004）结合海洋水动力环境分带、沉积环境、地层岩性、礁岩体结构特征及工程地质特性，将珊瑚礁划分成为 5 个工程地质相带：外礁坪剧烈冲刷区、中礁坪砾块堆积带、内礁坪珊瑚生长带、潟湖砂质堆积带、灰沙岛堆积带，如图 1-2 所示。珊瑚礁地貌最大特色是海洋钙质生物的堆积地貌，在波基面以上的地貌部分均受到暴风浪或常浪流的冲蚀，潮上带受风力的堆积和吹蚀作用。结合前人的研究资料，本文将南沙群岛珊瑚礁地貌类型分为环礁、台礁、陆坡潮下生物礁滩、陆坡与海槽谷中的塔礁、陆架潮下礁丘 5 个基本类型（钟晋梁
坪、泻湖三个地貌相带。孙宗勋和詹文欢（2004）结合海洋水动力环境分带、沉积环境、地层岩性、礁岩体结构特征及工程地质特性，将珊瑚礁划分成为 5 个工程地质相带：外礁坪剧烈冲刷区、中礁坪砾块堆积带、内礁坪珊瑚生长带、潟湖砂质堆积带、灰沙岛堆积带，如图 1-2 所示。珊瑚礁地貌最大特色是海洋钙质生物的堆积地貌，在波基面以上的地貌部分均受到暴风浪或常浪流的冲蚀，潮上带受风力的堆积和吹蚀作用。结合前人的研究资料，本文将南沙群岛珊瑚礁地貌类型分为环礁、台礁、陆坡潮下生物礁滩、陆坡与海槽谷中的塔礁、陆架潮下礁丘 5 个基本类型（钟晋梁，1996）。图 1-1 珊瑚岛礁地貌分类示意图（崔永圣，2014）
采芯率为 71%，并对岩芯进行研究如下：0～17.3 m 为未胶结的生物砂砾堆积，17.3 m 以下为礁灰岩，礁灰岩内存在两个沉积间断面，将岩芯分成三段：17.3～89.8 m 为生物砾砂屑灰岩；89.8～142 m 为溶蚀孔隙发育的生物砾砂屑灰岩、珊瑚灰岩；142～152.07 m 为珊瑚白云岩（汪稔 等，1997）。“南永 2 井”共采得413.69 m 岩芯，根据其岩性特征、生物组成变化，可分为五层，0～17.71 m 为未胶结的松散生物沉积，固结石化矿物成分仍保持生物骨骼原始成分—文石和高镁方解石；17.71～18.71 m 已成岩—珊瑚灰岩，矿物成分方解石化；18.71～22.69 m又是一层与 0～17.71 m 岩性相同的未胶结成岩的松散生物屑层；22.69～141.71 m为生物灰岩，生物骨骼的矿物组成由文石和高镁方解石转为方解石，141.71～413.69 m 以下为生物白云岩，生物骨骼的矿物成分先方解石化后又白云化（汪稔等，1997）。下图 1-3 为珊瑚礁浅层岩土体结构特征及岩盆结构示意图，上层为珊瑚砂砾层，含少量的珊瑚断枝、贝壳等，松散无胶结，下层为礁灰岩，埋深 16～22 m，基岩面起伏不定，部分含有弱胶结的礁灰岩，呈倾斜状，强度比原生礁灰岩强度低（汪稔 等，1997）。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 朱姣;陈国兴;许汉刚;;地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响[J];岩土工程学报;2015年11期
2 胡进军;郝彦春;谢礼立;;潜在地震对我国南海开发和建设影响的初步考虑[J];地震工程学报;2014年03期
3 崔永圣;;珊瑚岛礁岩土工程特性研究[J];工程勘察;2014年09期
4 胡进军;刁红旗;谢礼立;;海底强地震动观测及其特征的研究进展[J];地震工程与工程振动;2013年06期
5 陈国兴;战吉艳;刘建达;李小军;;远场大地震作用下深软场地设计地震动参数研究[J];岩土工程学报;2013年09期
6 董菲蕃;陈国兴;金丹丹;;泉州盆地地震效应的二维非线性分析[J];地震工程与工程振动;2013年03期
7 徐学勇;汪稔;王新志;李炜;;饱和钙质砂爆炸响应动力特性试验研究[J];岩土力学;2012年10期
8 金丹丹;陈国兴;;福州盆地地震效应特征的一、二维模型对比研究[J];土木工程学报;2012年S1期
9 陈青生;高广运;何俊锋;;上海软土场地三维非线性地震反应分析[J];岩土力学;2011年11期
10 王海云;;渭河盆地中土层场地对地震动的放大作用[J];地球物理学报;2011年01期
本文编号：2859057
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/2859057.html
