基岩输入时程随机数对场地峰值加速度的影响研究

张海; 侯成国; 尤红兵; 杨彩红; 陈三红

doi:10.11899/zzfy20170202

基岩输入时程随机数对场地峰值加速度的影响研究

doi: 10.11899/zzfy20170202

张海^{1, 3,},
侯成国³,
尤红兵^2, ,,
杨彩红²,
陈三红²

1.
天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室, 天津 300384
2.
中国地震灾害防御中心, 北京 100029
3.
天津城建大学土木工程学院, 天津 300384

基金项目:

国家自然科学基金项目 51248004

天津市自然科学基金项目滨海新区软土场地地震动参数确定方法及其工程应用研究

详细信息

作者简介:
张海, 男, 生于1977年。教授, 博士, 主要从事工程波动理论、城市综合防灾减灾研究。E-mail:zhanghai@tju.edu.cn

通讯作者:
尤红兵, 男, 生于1970年。正研级高级工程师。主要从事地震工程研究。E-mail:hbyou@126.com

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出版历程
- 收稿日期: 2017-01-04
- 刊出日期: 2017-06-01

Effect of Random Numbers of Bedrock Input Time Histories on the PGA from Site Response Analyses

1.
Tianjin Key Laboratory of Civil Structure Protection and Reinforcement, Tianjin 300384, China
2.
China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing 100029, China
3.
College of Civil Engineering of Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China

摘要

摘要: 研究基岩输入时程随机数对场地峰值加速度的影响，对核电厂设计地震动参数的合理确定具有重要意义。本文选取了某重要核电站场地具有代表性的3个钻孔，建立了场地计算模型。根据确定性方法、概率性方法得到的基岩反应谱及其包络谱，基于不同随机数，分别合成了400条基岩输入时程。采用LSSRLI-1程序进行了场地地震反应，根据4800个计算结果，研究了不同随机数对地表峰值加速度的影响，给出了自然对数下峰值加速度标准差的估计，揭示了峰值加速度的分布规律，提出了对核电厂设计地震动参数合理确定的建议。
- 随机数 /
- 人造地震动 /
- 峰值加速度 /
- 核电厂
Abstract: It is important to study the influence of the random numbers of bedrock input time histories on the peak ground acceleration (PGA) from site response, analyses and is of great significance for the determination of design ground motion parameters for nuclear power plants. Three representative boreholes of an nuclear power plant site were selected, and the site calculation models were established. Respectively, according to deterministic methods and probabilistic methods, the bedrock response spectra and the envelope spectra were determined. Based on different random numbers, 400 bedrock input time histories were respectively synthesized. Based on the LSSRLI-1 program, the seismic responses of the sites were studied. According to the results of 4800 calculations, we analyzed the effects of different random numbers on the surface PGA. The estimation of the standard deviation of peak acceleration under natural logarithm was given, and the distribution of PGA was revealed. Suggestions on reasonable determination of design ground motion parameters of nuclear power plant are put forward.
- Random number /
- Artificial ground motion /
- Peak ground acceleration /
- Nuclear power plant

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图 1 基岩反应谱

Figure 1. Bedrock response spectra

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图 2 基岩反应谱拟合情况和样本时程（确定法：M=5.5，R=5km）

Figure 2. The fitting of bedrock response spectrum and the sample time histories (deterministic method: M=5.5, R=5km)

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图 3 基岩地震动反应谱对目标谱拟合情况和样本时程（概率法）

Figure 3. The fitting of bedrock response spectrum and the sample time histories (probabilistic method)

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图 4 峰值加速度的直方图和正态性检验曲线

Figure 4. The histogram of PGA and the normality test curve

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图 5 不同钻孔不同输入下的地表PGA分布图

Figure 5. Distribution of the surface PGA for different boreholes with different inputs

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图 6 地表PGA的相对误差

Figure 6. Relative error of the surface PGA

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表 1 ZK41钻孔计算参数

Table 1. Calculation parameters of ZK41 borehole

土层序号	土性描述	层厚/m	动三轴序号	剪切波速/m·s^-1	密度/kg·m^-3
1	粉质粘土	3.9	1	105	1810
2	粉砂	3.1	2	156	1940
3	粉砂	3.0	2	254	1940
4	粉砂	3.4	2	289	1940
5	粉质粘土	3.6	3	264	1920
6	粉质粘土	4.0	3	224	1920
7	粉质粘土	4.2	3	218	1920
8	粉质粘土	6.8	3	248	1920
9	粉质粘土	5.0	3	320	1920
10	粉质粘土	5.7	3	344	1920
11	粉砂	1.6	2	357	1940
12	玄武岩	29.9	7	1410	2430
13	玄武岩	16.0	7	2169	2500
14	玄武岩	2.7	7	1500	2430
15	火山角砾岩	18.1	7	1463	2100
16	火山角砾岩	18.0	7	1552	2150
17	火山角砾岩	24.0	7	1588	2200
18	火山角砾岩	18.0	7	1552	2150
19	火山角砾岩	12.0	7	1605	2200
20	火山角砾岩	15.0	7	1552	2150
21	粉质黏土	18.0	4	582	2060
22	粉质黏土	18.0	4	608	2060
23	粉质黏土	18.0	4	635	2060
24	粉质黏土	15.0	5	667	2070
25	粉质黏土	12.0	5	688	2070
26	粉质黏土	18.0	5	706	2070
27	粉质黏土	12.8	5	715	2070
28	粉细砂	1.3	6	715	2060
29	粉质黏土	9.9	5	724	2080
30	粉质黏土	16.5	5	730	2100
31	计算基底		7	730	2200

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表 2 土层样品动力非线性曲线参数

Table 2. Parameters of dynamic nonlinear curve of the soil

序号	模量比与阻尼比	剪应变γ/10^-4
序号	模量比与阻尼比	0.05	0.1	0.5	1	5	10	50	100
1	G/G_max	0.993	0.987	0.937	0.881	0.718	0.560	0.203	0.113
1	λ	0.004	0.007	0.028	0.045	0.060	0.098	0.204	0.236
2	G/G_max	0.992	0.984	0.925	0.861	0.664	0.497	0.165	0.090
2	λ	0.004	0.007	0.025	0.036	0.074	0.120	0.239	0.273
3	G/G_max	0.994	0.989	0.946	0.897	0.728	0.572	0.211	0.118
3	λ	0.005	0.009	0.030	0.041	0.062	0.086	0.189	0.228
4	G/G_max	0.993	0.986	0.943	0.905	0.834	0.763	0.439	0.281
4	λ	0.005	0.010	0.034	0.048	0.068	0.081	0.157	0.179
5	G/G_max	0.995	0.991	0.955	0.915	0.746	0.595	0.227	0.128
5	λ	0.002	0.004	0.018	0.031	0.056	0.094	0.203	0.238
6	G/G_max	0.992	0.985	0.934	0.897	0.831	0.757	0.453	0.293
6	λ	0.001	0.003	0.012	0.018	0.035	0.050	0.104	0.120
7	G/G_max	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000
7	λ	0.050	0.050	0.050	0.050	0.050	0.050	0.050	0.050

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表 3 不同钻孔峰值加速度的统计值

Table 3. The statistical values of PGA from different boreholes

钻孔	基岩谱	PGA平均值	PGA标准差	PGA最大值	85%分位数	90%分位数	95%分位数
ZK41	M5.5	204	18.9	278	222	227	237
	M8.0	127	10.7	158	139	142	146
	概率法	207	17.4	285	225	231	239
	包络谱	222	18.3	303	240	246	254
B2	M5.5	142	17.1	192	163	166	172
	M8.0	123	9.5	148	133	136	139
	概率法	152	14.0	196	166	172	178
	包络谱	169	16.5	220	186	192	197
B7	M5.5	126	14.3	171	142	147	151
	M8.0	118	8.7	141	128	130	133
	概率法	140	12.4	182	153	158	163
	包络谱	154	14.3	204	172	177	182

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表 4 不同钻孔峰值加速度对数的统计值

Table 4. The statistical values of logarithmic PGA from different boreholes

钻孔	基岩谱	对数平均值	σln	σln_Amax	σln_A85	σln_A90	σln_A95
ZK41	M5.5	5.312	0.090	0.315	0.091	0.114	0.155
	M8.0	4.838	0.084	0.225	0.096	0.116	0.145
	概率法	5.329	0.083	0.322	0.088	0.116	0.146
	包络谱	5.401	0.081	0.314	0.081	0.104	0.135
B2	M5.5	4.948	0.119	0.309	0.145	0.167	0.200
	M8.0	4.807	0.077	0.191	0.083	0.106	0.129
	概率法	5.021	0.091	0.258	0.092	0.124	0.159
	包络谱	5.125	0.097	0.270	0.101	0.131	0.159
B7	M5.5	4.827	0.113	0.316	0.128	0.161	0.192
	M8.0	4.767	0.074	0.182	0.082	0.097	0.123
	概率法	4.939	0.086	0.262	0.092	0.122	0.157
	包络谱	5.046	0.090	0.272	0.100	0.128	0.156
平均值		5.034	0.091	0.269	0.098	0.123	0.154

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表 5 峰值加速度的估计值

Table 5. List of estimated PGA

钻孔	基岩谱	序号	PGA最大值	85%分位数	90%分位数	95%分位数
ZK41	M5.5	1	267	225	230	237
	M8.0	2	166	140	143	148
	概率法	3	271	229	233	240
	包络谱	4	291	245	250	258
B2	M5.5	5	186	157	160	165
	M8.0	6	161	136	139	143
	概率法	7	199	168	171	177
	包络谱	8	221	187	191	196
B7	M5.5	9	165	139	142	146
	M8.0	10	155	130	133	137
	概率法	11	183	155	158	163
	包络谱	12	202	170	174	179

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表 6 输入时程数量对峰值加速度的影响及估计

Table 6. Influence and estimation of the number of input time histroies on PGA

时程序号	地表PGA/gal					PGA_m	PGA_s	PGA_max
1—5	222	188	249	203	208	214	249	280
6—10	212	229	210	227	199	215	238	282
11—15	208	220	243	210	273	231	273	302
16—20	212	214	223	212	229	218	241	286
21—30	208	206	219	255	233	227	255	297
21—30	220	223	231	251	220	227	255	297
31—40	224	242	191	202	219	221	249	289
31—40	202	222	227	249	230	221	249	289
41—50	234	217	237	203	209	218	243	286
41—50	225	205	200	243	210	218	243	286
51—70	199	227	224	208	215	219	267	287
	208	209	234	209	227
	267	231	229	225	226
	210	217	196	185	235
71—90	220	212	228	241	236	229	303	303
	200	207	226	303	221
	201	207	239	243	278
	224	215	247	236	201

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