液化夾層對(duì)淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)隔震響應(yīng)的影響

摘要"砂土液化夾層既會(huì)造成地基失效破壞，又會(huì)對(duì)上部建筑起到減震作用，而覆蓋層可以減小建筑沉降，卻會(huì)放大地震作用，因此，有必要探討結(jié)構(gòu)與土相互作用下液化夾層和覆蓋層對(duì)建筑的隔震耦合影響?；贐iot兩相飽和多孔介質(zhì)動(dòng)力耦合理論，采用有限元和有限差分耦合動(dòng)力分析方法，分析不同地震強(qiáng)度、砂土密實(shí)度D_r和液化層厚深比K（考慮液化夾層和覆蓋層耦合作用）對(duì)上部結(jié)構(gòu)隔震的影響。結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)譜比隨震動(dòng)強(qiáng)度增加先減小后趨于穩(wěn)定，當(dāng)震動(dòng)強(qiáng)度超過某閾值時(shí)，液化層隔震效果不再增加；松砂（D_r=30%）的隔震效果優(yōu)于中密砂（D_r=50%）和密砂（D_r=70%），但會(huì)產(chǎn)生不可忽略的沉降危害；密砂雖然能更好地抑制建筑沉降量，但在短周期內(nèi)會(huì)起到加震作用；考慮覆蓋層和液化層的耦合作用，發(fā)現(xiàn)K值在0.3～0.5區(qū)間內(nèi)時(shí)，既能減小建筑沉降，又能起到減隔震作用。

關(guān)鍵詞"液化夾層;"淺基礎(chǔ);"隔震;"基礎(chǔ)沉降;"數(shù)值模擬

近年來(lái)，全球地震頻繁引發(fā)的地基液化對(duì)人類家園造成了嚴(yán)重危害和巨大經(jīng)濟(jì)損失^[1]。以往的研究大多偏向于液化沉降機(jī)理和影響因素，只關(guān)注了液化的負(fù)面效應(yīng)^[2]。但也有現(xiàn)場(chǎng)記錄和研究表明，砂土液化具有減輕地震災(zāi)害的作用，例如，在1964年日本新潟地震中，液化區(qū)川崎町的鋼筋混凝土建筑完好無(wú)損，沒有出現(xiàn)墻體裂縫或窗戶玻璃破裂等結(jié)構(gòu)性損壞^[3]；1975年中國(guó)海城地震中，液化區(qū)域部分建筑的承重墻只受到輕微破壞，但在非液化區(qū)，大部分工業(yè)廠房倒塌，大橋公路都受到不同程度的破壞^[4]。

目前，學(xué)者們通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)^[5-9]、數(shù)值模擬^[10-13]得出的初步結(jié)論是液化層作為隔震層能夠吸收大量的地震波能量，緩沖突發(fā)的地震作用力。因此，地基土液化的隔震減震作用也可為上部結(jié)構(gòu)提供額外保護(hù)。其中，周燕國(guó)等^[5]、許成順等^[6]的研究表明，強(qiáng)震時(shí)土體的液化將導(dǎo)致地表加速度急劇衰減，弱震時(shí)動(dòng)力響應(yīng)較小，加速度從基底到地表有放大趨勢(shì)，與土層中的超孔壓比密切相關(guān)。Karatzia等^[7]、Kokusho等^[8]通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在可液化土層上方存在具有足夠剪切強(qiáng)度的不可液化覆蓋層時(shí)，將大大減弱液化的不利影響。Bouckovalas等^[9]通過確定最小液化層厚度，使位于不可液化覆蓋層下方的液化土層起著天然的隔震作用。但以上研究大多都是針對(duì)自由場(chǎng)液化層的隔震作用進(jìn)行分析，忽略了土與結(jié)構(gòu)的相互作用帶來(lái)的影響。因此，將自由場(chǎng)地的隔震減震研究成果直接用于房屋抗震設(shè)計(jì)偏不安全。

盡管石兆吉等^[10]、李學(xué)寧等^[11]、Adampira等^[12-13]利用數(shù)值模擬探討了液化層位于不同位置時(shí)對(duì)地面建筑地震響應(yīng)衰減或放大的影響，但只是分別考慮了液化層厚度和深度對(duì)淺基礎(chǔ)建筑隔震響應(yīng)的影響，并未分析不可液化覆蓋層厚度和液化層厚度的耦合影響。液化層雖有濾波隔震作用，但會(huì)加大地基失效（如沉降）的危害，而不可液化覆蓋層可以減小建筑沉降卻會(huì)放大地震能量，二者作用剛好相反。若將不可液化覆蓋層和液化層看作一個(gè)雙層地基，采用厚深比K（液化層厚度與液化層和覆蓋層厚度之和的比值）來(lái)分析其耦合作用對(duì)淺基礎(chǔ)建筑的隔震效果是一個(gè)值得深入研究的問題。

筆者采用有限元-有限差分耦合數(shù)值方法，利用加速度反應(yīng)譜比和加速度放大系數(shù)評(píng)價(jià)隔震效果，根據(jù)建筑沉降來(lái)評(píng)價(jià)震害效果，探討不同地震動(dòng)強(qiáng)度、砂土密實(shí)度及厚深比對(duì)上部結(jié)構(gòu)隔震效果的影響，厘清什么情況下會(huì)出現(xiàn)隔震作用，什么情況下會(huì)出現(xiàn)震害加重的情況。

1"數(shù)值模型

1.1"數(shù)值模擬方法

有限元計(jì)算程序采用基于FE-FD（Finite Element-Finite Different）耦合方法，此程序已被Hu等^[14]、Lu等^[15]學(xué)者分別用于地下結(jié)構(gòu)液化上浮和淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)液化沉降的數(shù)值模擬中，且Lu等^[15]將離心機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該程序的可靠性。模擬本構(gòu)模型及土體的詳細(xì)信息見文獻(xiàn)[15]。

該本構(gòu)模型與其他模型的區(qū)別在于采用了非關(guān)聯(lián)流動(dòng)規(guī)則和改進(jìn)的非線性運(yùn)動(dòng)硬化準(zhǔn)則，Oka等^[16]對(duì)該循環(huán)彈塑性本構(gòu)模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，能較好地描述砂土液化過程和應(yīng)力-應(yīng)變特征，還考慮了應(yīng)力-剪脹特性關(guān)系的非線性表達(dá)式和累積應(yīng)變對(duì)于塑性剪切模量的依賴特性及超孔隙水壓力的累計(jì)和耗散同時(shí)運(yùn)算。

1.2"幾何模型及輸入?yún)?shù)

模擬的地基-淺基礎(chǔ)-上部建筑結(jié)構(gòu)模型為二維幾何模型，剖面圖如圖1所示。結(jié)構(gòu)為雙跨兩層建筑物，寬為10 m，高為6.6 m，層高為3 m，采用筏型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)表面與場(chǎng)地同水平。模型厚度為30 m，寬度為100 m，地下水位在地表。場(chǎng)地土層剖面由3部分組成，自下而上分別為非液化的黏土層、可液化的砂土層和不可液化的極密砂土層。模型土層中網(wǎng)格按照1 m×1 m劃分，基礎(chǔ)按照0.5 m×0.2 m劃分。模型共3 368個(gè)節(jié)點(diǎn)，3 209個(gè)單元。砂土采用循環(huán)彈塑性材料，黏土采用黏彈性材料，相關(guān)參數(shù)見文獻(xiàn)[15]。上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)采用線性彈性模型模擬，其彈性模量為3.6×10^7"kPa，泊松比為0.2，單位重度為2.5×10^3"kN/m³。土體與結(jié)構(gòu)的界面用Goodman接觸單元^[17]進(jìn)行模擬。其切向和法向剛度系數(shù)均為2.0×10^3"kPa/m，接觸界面的摩擦角為23°。為研究不同條件下液化夾層對(duì)建筑隔震的影響，選擇監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)N₁、N₂，監(jiān)測(cè)單元E₁。N₁為結(jié)構(gòu)底部中點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)，N₂為液化夾層底部節(jié)點(diǎn)，E₁為液化夾層中部位置單元，具體位置見圖1。

1.3"邊界條件及輸入波

模型底部節(jié)點(diǎn)固定，設(shè)為剛性邊界，兩側(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)為等位移邊界，僅允許地表排水，其他邊界均為不排水邊界。不同地震波的能量差異較大，但都會(huì)影響雙層地基耦合作用對(duì)地上結(jié)構(gòu)的隔震響應(yīng)，因此，采用3種水平輸入地震波，用阿里亞斯烈度（Arias Intensity，"I_a）來(lái)比較地震波的能量大小，地震波統(tǒng)計(jì)信息見表1。

圖2為加速度時(shí)程圖和加速度反應(yīng)譜。Loma、EI Centro、Northridge地震的主頻范圍依次為0.5～4 Hz、5～11 Hz和0.5～5 Hz。其中，Loma和Northridge地震的低頻分量比較豐富，EI Centro地震的高頻分量比較豐富。為了探究模型邊界對(duì)水平加速度、超孔隙水壓力比是否有影響，利用Loma波驗(yàn)證模型尺寸是否可以抵消邊界效應(yīng)。圖3為遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)單元F₂（25 m）和F₄（35 m）的超孔隙水壓力比（excess pore water pressure ratio， EPWPR）和水平加速度時(shí)程圖，可以看出，F(xiàn)₂和F₄處的超孔壓比和水平加速度幾乎無(wú)差異，說(shuō)明分析模型寬度取結(jié)構(gòu)寬度的10倍時(shí)邊界效應(yīng)對(duì)模型影響甚小，可以消除邊界效應(yīng)的影響。

1.4"模型最危險(xiǎn)位置的確定

圖4為地震中12 s時(shí)模型的超孔壓比云圖，能直觀反應(yīng)淺基礎(chǔ)下部液化夾層液化危險(xiǎn)區(qū)域，故在下節(jié)中用液化夾層中部位置單元E₁作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，代表液化夾層最危險(xiǎn)的位置。

1.5"數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究地震動(dòng)強(qiáng)度、砂土密實(shí)度和厚深比對(duì)上部建筑的隔震影響，設(shè)計(jì)了7組試驗(yàn)，共119個(gè)算例，如表2所示。其中A組與B組固定液化夾層的深度與厚度，A組改變輸入地震動(dòng)強(qiáng)度，用峰值加速度PGA（peak ground acceleration）表示，B組改變砂土密實(shí)度（D_r），以達(dá)到討論單因素對(duì)淺基礎(chǔ)隔震影響的目的。C～G組輸入3種不同地震波，液化層D_r=50%，覆蓋層為硬土（D_r=90%），各組別的液化夾層厚度分別為1、3、5、7、9 m，改變覆蓋層厚度（分別為0、1、3、5、7、9、12 m）得到不同的厚深比K。H組改變覆蓋層軟硬程度，將選取的參數(shù)砂土（D_r=30 %）作為軟土覆蓋層。定義厚深比K為液化層厚度與覆蓋層和液化層之和的比值，計(jì)算式為

式中：H₁為覆蓋層厚度；H₂為液化夾層厚度。

2"結(jié)果分析

2.1"震動(dòng)強(qiáng)度影響

震動(dòng)強(qiáng)度是影響上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的重要因素，選用Loma波，共輸入5種不同峰值加速度（0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g）用以研究震動(dòng)強(qiáng)度對(duì)地表建筑隔震響應(yīng)的影響，即表2中的A組試驗(yàn)。根據(jù)石兆吉等^[10]定義的結(jié)構(gòu)短周期，劃分結(jié)構(gòu)短周期為0.1～0.3 s，長(zhǎng)周期為1～3 s。為觀察地震波從液化夾層底部到地表結(jié)構(gòu)的衰減和放大效應(yīng)，定義加速度反應(yīng)譜比為地表的建筑節(jié)點(diǎn)N₁和液化夾層底部節(jié)點(diǎn)N₂加速度反應(yīng)譜的比值。

當(dāng)計(jì)算中單元的超孔壓比超過0.9時(shí)，認(rèn)為砂土達(dá)到液化狀態(tài)。圖5為不同地震動(dòng)強(qiáng)度下E₁單元超孔壓比時(shí)程曲線，可以看出，隨著震動(dòng)強(qiáng)度的增加，液化夾層中超孔壓比逐漸趨于1，而弱震（0.05g）時(shí)在液化夾砂土層產(chǎn)生了少量超孔隙水壓力，超孔壓比只達(dá)到0.5，即砂土層未液化。

圖6為不同震動(dòng)強(qiáng)度下節(jié)點(diǎn)N₁與N₂的加速度反應(yīng)譜比。圖中0.05g的加速度反應(yīng)譜比在短周期有單個(gè)最大峰值（譜比大于1），但長(zhǎng)周期內(nèi)譜比在1左右，未有明顯的放大效應(yīng)。這是由于震動(dòng)強(qiáng)度較弱，液化夾層未液化，土層在整個(gè)振動(dòng)時(shí)間內(nèi)加速度放大呈線性，加速度反應(yīng)譜比在短周期內(nèi)處于加震狀態(tài)。當(dāng)震動(dòng)強(qiáng)度增加使液化夾層中超孔壓比達(dá)到1時(shí)，除了弱震（0.05g）以外，液化夾層減弱了短周期的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，使譜比值小于1，結(jié)構(gòu)處于隔震狀態(tài)。隨著震動(dòng)強(qiáng)度增大，可以看出，短周期內(nèi)隔震效果不再提升，譜比保持在0.7左右，但在長(zhǎng)周期可以看出其譜比均大于1，處于加震狀態(tài)，這表明液化夾層液化放大了長(zhǎng)周期響應(yīng)。因?yàn)橐夯瘖A層完全液化導(dǎo)致的土壤軟化或阻尼行為通常會(huì)降低短周期內(nèi)的譜加速度，但無(wú)法過濾長(zhǎng)周期的剪切波，導(dǎo)致長(zhǎng)周期譜加速度增大。

圖7（a）為不同地震動(dòng)強(qiáng)度下節(jié)點(diǎn)N₁的沉降時(shí)程曲線。淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)都隨時(shí)間發(fā)生沉降，且隨著震動(dòng)強(qiáng)度的增加，沉降量變大。這是因?yàn)樯巴翆又械某讐罕仍鲩L(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致土體軟化，且結(jié)構(gòu)下方不可液化層抗剪能力弱于液化夾層中剪切應(yīng)變產(chǎn)生的橫向變形，在土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)的慣性相互作用下產(chǎn)生剪切破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沉降。并且0.4g工況中的最大沉降達(dá)到0.32 m，是0.05g工況中沉降量的40倍。圖7（b）顯示了隨著震動(dòng)強(qiáng)度增大，結(jié)構(gòu)傾斜角（定義為結(jié)構(gòu)兩邊頂端豎向位移之差與上結(jié)構(gòu)寬度之比）呈上升趨勢(shì)，但是其趨勢(shì)變緩。由于輸入波的不規(guī)則性和震動(dòng)強(qiáng)度增大，結(jié)構(gòu)兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生更大的不一致晃動(dòng)，這種晃動(dòng)使結(jié)構(gòu)對(duì)稱基底產(chǎn)生不均衡的豎向動(dòng)剪切應(yīng)力，進(jìn)而結(jié)構(gòu)基底下的超孔壓分布不均衡，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基底下地基土層不均衡的永久變形，最后產(chǎn)生傾斜。可見震動(dòng)強(qiáng)度對(duì)沉降和結(jié)構(gòu)傾斜具有不可忽略的影響。

2.2"不同密實(shí)度的影響

圖8為B組試驗(yàn)中Loma波作用下不同密實(shí)度液化夾層中超孔壓比時(shí)程圖和結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)譜圖。從圖8（a）可以看出，當(dāng)液化夾層砂土密實(shí)度增加，松砂（D_r=30%）和中密砂（D_r=50%）的超孔壓比快速增長(zhǎng)到1，而密砂（D_r=70 %）超孔壓比明顯低于中密砂，只達(dá)到0.8，這是因?yàn)槊苌熬哂休^高的剛度和抗軟化性，抑制土層中超孔隙水壓力的增長(zhǎng)。從圖8（b）中可以看出，在短周期內(nèi)液化夾層隔震效果隨著密實(shí)度增加而減弱，長(zhǎng)周期均處于加震狀態(tài)，譜加速度峰值隨密實(shí)度增加而增加。3種密實(shí)度的液化夾層都產(chǎn)生了較大超孔壓比，而密砂未達(dá)到液化狀態(tài)，說(shuō)明密實(shí)度隔震效果主要受液化夾層液化程度的影響，密砂即使產(chǎn)生較高的超孔壓比，也會(huì)在短周期起到加震作用。

圖9（a）為不同密實(shí)度下節(jié)點(diǎn)N₁的沉降時(shí)程圖，可以看出，密砂（D_r=70%）條件下基礎(chǔ)未隨時(shí)間發(fā)生較大沉降，沉降值為0.08 m，而松砂（D_r=30%）和中密砂（D_r=50%）條件下基礎(chǔ)的沉降分別是0.8、0.23 m，最大沉降達(dá)到了最小沉降的10倍。圖9（b）顯示了結(jié)構(gòu)傾斜角隨砂土密實(shí)度增大呈下降趨勢(shì)。因?yàn)殡S著密實(shí)度增大，液化土層剛度和抗液化能力越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)兩側(cè)即使產(chǎn)生不對(duì)稱動(dòng)剪切應(yīng)力，但密砂（D_r=70 %）液化程度低，導(dǎo)致剪切變形較小，傾斜角最小，結(jié)構(gòu)不均勻沉降危害降低。因此，密實(shí)度越大結(jié)構(gòu)沉降量越小。結(jié)合結(jié)構(gòu)沉降和加速度反應(yīng)譜考慮，松砂（D_r=30%）隔震效果優(yōu)于中砂（D_r=50%）和密砂（D_r=70%），但會(huì)產(chǎn)生不可忽略沉降危害，當(dāng)密砂中產(chǎn)生較大超孔壓比時(shí)，雖然利于結(jié)構(gòu)沉降和傾斜減小，但在短周期內(nèi)仍會(huì)起到加震作用。

2.3"液化夾層厚深比影響

液化夾層厚深比K也是影響地表響應(yīng)的重要因素。輸入Loma（0.2g）、EI Centro（0.37g）、Northridge（0.31g）地震波，改變不同液化夾層的厚深比，考慮其對(duì)上部結(jié)構(gòu)隔震的影響，即表2中的C～G組試驗(yàn)。由于工況較多，利用加速度放大系數(shù)（結(jié)構(gòu)底部節(jié)點(diǎn)N₁最大加速度與上液化夾層下部節(jié)點(diǎn)N₂最大加速度之比）來(lái)評(píng)估隔震效果。

圖10為不同厚深比和加速度放大系數(shù)關(guān)系圖。當(dāng)厚深比都為1時(shí)，即工況中無(wú)覆蓋層，淺基礎(chǔ)直接與液化土層接觸，較薄液化夾層（1、3 m）對(duì)上部淺基礎(chǔ)建筑沒有隔震效果，最大放大系數(shù)達(dá)到1.5倍。但隨著液化夾層厚度的增大，上部建筑受地震荷載影響會(huì)減弱，起到一定的隔震作用。這是由于上部結(jié)構(gòu)荷載直接作用到液化夾層，但液化土與結(jié)構(gòu)在動(dòng)力相互作用下會(huì)產(chǎn)生剪脹反應(yīng)，抑制了液化夾層上部分的超孔隙水壓力增長(zhǎng)，減弱了液化夾層隔震作用，放大了地震波的峰值加速度，使較薄液化夾層（H₂lt;3 m）的厚深比K=1時(shí)處于加震狀態(tài)。隨著液化夾層厚度的增大，由于上部結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力對(duì)液化土層抑制區(qū)域有限，并未影響到更深液化夾層的液化隔震效果。保持H₂不變，軟土覆蓋層（H組）與硬土覆蓋層（E組）相比，軟土?xí)p剪切波的傳遞，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)加速度放大系數(shù)更小。

當(dāng)液化夾層厚深比K變小時(shí)，放大系數(shù)會(huì)逐漸變小，這是因?yàn)楦采w層厚度增加使液化土層受結(jié)構(gòu)的影響甚微，液化夾層完全液化后充分發(fā)揮了隔震作用。但放大系數(shù)隨厚深比減小時(shí)既有加震又有減震狀態(tài)，主要是液化土體非線性響應(yīng)導(dǎo)致的^[13]。土層液化導(dǎo)致較大塑性變形會(huì)使土層中阻尼比增大，波動(dòng)能量衰減加劇，其土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的非線性也意味著土體液化會(huì)產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)變和剛度退化，減弱剪切波在土層中的傳播，從而降低加速度放大系數(shù)。當(dāng)厚深比K繼續(xù)下降時(shí)，由于非液化層厚度增大，增大了液化層上覆有效應(yīng)力，液化層衰減地震能量傳播作用變?nèi)?，并且上覆非液化層也?huì)放大加速度傳播系數(shù)。因此，從112個(gè)工況中可以看出，當(dāng)液化夾層厚深比區(qū)間為0.3～0.8時(shí)，液化夾層地基具有良好的減隔震效果。

動(dòng)剪切應(yīng)力加大了液化夾層剪切變形，且液化變形隨著液化夾層厚度增大而增大，產(chǎn)生更大建筑沉降。此外，值得注意的是，除了C組（H₂=1 m）外，圖中D組（H₂=3 m）到G組（H₂=9 m）工況在隨厚深比減小的第2個(gè)點(diǎn)（H₁=1 m）和第3個(gè)點(diǎn)（H₁=3 m）出現(xiàn)沉降峰值，一部分原因是液化夾層上部存在較薄不可液化層，放大了傳到結(jié)構(gòu)的峰值加速度，促使結(jié)構(gòu)搖晃產(chǎn)生更大動(dòng)剪切應(yīng)力，另一方面不可液化層存在減小了液化夾層受結(jié)構(gòu)影響產(chǎn)生的剪脹區(qū)域，液化夾層液化程度增大，二者共同作用加大了結(jié)構(gòu)沉降。將軟土層覆蓋層（H組）與硬土覆蓋層（E組）對(duì)比，軟土的抗剪能力更差，會(huì)導(dǎo)致更大的結(jié)構(gòu)沉降。因此，液化夾層完全液化、H₂gt;H₁且H₁lt;3 m時(shí)，會(huì)加大對(duì)結(jié)構(gòu)沉降的危害。

規(guī)范^[18]規(guī)定，淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)允許最大沉降是0.2 m?？梢钥闯觯?em>K小于0.5時(shí)（圖中紅色虛線為分界線），可以有效地將沉降危害控制在允許值內(nèi)，起到減震作用。因此，結(jié)合厚深比K隔震區(qū)間（0.3～0.8），認(rèn)為K值在此區(qū)間（0.3lt;Klt;0.5）時(shí)，天然液化地基即能起到減弱地震傳到結(jié)構(gòu)的能量的作用，又可以將結(jié)構(gòu)沉降控制在安全范圍（0.2 m）內(nèi)，在以后的抗震設(shè)計(jì)中可以考慮這一輔助減震效應(yīng)。

圖12為不同厚深比與結(jié)構(gòu)傾斜角變化關(guān)系圖。由于3種波作用下結(jié)構(gòu)傾斜角變化規(guī)律相似，故只分析Loma波的結(jié)果。當(dāng)厚深比K變小時(shí)，結(jié)構(gòu)傾斜角呈先快后緩的下降趨勢(shì)。當(dāng)厚深比較大時(shí)，上部覆蓋層較薄，且隨著液化層厚度（H₂）增大，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非對(duì)稱動(dòng)剪切應(yīng)力更易傳遞到液化層，結(jié)構(gòu)下方兩側(cè)液化層受壓縮程度差異變大，從而造成更大不均勻沉降，導(dǎo)致傾斜角增大。隨著厚深比減小，上覆蓋層厚度增大，導(dǎo)致非對(duì)稱動(dòng)剪切應(yīng)力對(duì)液化層剪切作用減弱，結(jié)構(gòu)兩側(cè)沉降差異變小，傾斜程度降低。所以，厚深比變小對(duì)液化地基上的不均勻沉降有利。

3"結(jié)論

基于有限元耦合動(dòng)力分析方法，分析了液化夾層對(duì)上部建筑隔震影響因素，探討了輸入地震動(dòng)強(qiáng)度、液化夾層密實(shí)度和不同液化夾層厚深比對(duì)地表建筑隔震效果的影響，結(jié)論如下：

1）在短周期內(nèi)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)譜比會(huì)隨震動(dòng)強(qiáng)度的增加先減小后趨于穩(wěn)定，震動(dòng)強(qiáng)度超過某閾值時(shí)，液化夾層隔震效果不再增加，并且隨著震動(dòng)強(qiáng)度的增大，淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有更大沉降和傾斜的趨勢(shì)。

2）松砂和中密砂完全液化時(shí)都會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隔震作用，總體來(lái)說(shuō)，松砂的液化夾層隔震效果最優(yōu)。此外，在不完全液化前提下，即使產(chǎn)生較大超孔壓比，可液化夾層也不會(huì)減弱地震強(qiáng)度，反而會(huì)起到加震作用，且沉降隨密實(shí)度減少而增加，但松砂會(huì)加大上部結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。

3）在液化夾層完全液化的前提下，當(dāng)不可液化層H₁lt;3 m，且液化層厚度H₂gt;H₁時(shí)，結(jié)構(gòu)沉降達(dá)到峰值，進(jìn)而加大對(duì)結(jié)構(gòu)的危害。但在一定厚深比區(qū)間內(nèi)（0.3lt;Klt;0.5），雙層地基的耦合作用能起到減震作用，使液化層隔震的同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的沉降危害降低到最小，還可以降低結(jié)構(gòu)傾斜危害。

參考文獻(xiàn)

1 曹振中，"侯龍清，"袁曉銘，"等."汶川8.0級(jí)地震液化震害及特征[J]."巖土力學(xué)，"2010，"31（11）："3549-3555.

CAO Z Z，"HOU L Q，"YUAN X M，"et al."Characteristics of liquefaction-induced damages during Wenchuan Ms 8.0 earthquake [J]. Rock and Soil Mechanics，"2010，"31（11）："3549-3555."（in Chinese）

2 姚遠(yuǎn)，"李濤，"劉奇，"等."2020年1月19日新疆伽師M_W6.0地震震中區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)[J]."地震地質(zhì)，"2021，"43（2）："410-429.

YAO Y，"LI T，"LIU Q，"et al."Characteristics of geological hazards in the epicenter of the Jiashi M_w6.0 earthquake on January 19， 2020 [J]. Seismology and Geology，"2021，"43（2）："410-429."（in Chinese）

3 BANDO K，"SAITO H，"URAYAMA T."Relation between building damage and the ground in Mitsuke urban area due to the Mid-Niigata Prefecture earthquake [J]. National Geotechnical Conference，"2005，"1063："2121-2122.

4 蔣玉謙."海城7.3級(jí)地震破壞特征及震害預(yù)測(cè)[J]."地震研究，"1985，"8（1）："81-90.

JIANG Y Q."Damage characteristics and hazard prediction of Haicheng M7.3 earthquake [J]. Journal of Seismological Research，"1985，"8（1）："81-90."（in Chinese）

5 周燕國(guó)，"譚曉明，"陳捷，"等."易液化深厚覆蓋層地震動(dòng)放大效應(yīng)臺(tái)陣觀測(cè)與分析[J]."巖土工程學(xué)報(bào)，"2017，"39（7）："1282-1291.

ZHOU Y G，"TAN X M，"CHEN J，"et al."Observations and analyses of site amplification effects of deep liquefiable soil deposits by geotechnical downhole array [J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，"2017，"39（7）："1282-1291."（in Chinese）

6 許成順，"豆鵬飛，"杜修力，"等."液化自由場(chǎng)地震響應(yīng)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)分析[J]."巖土力學(xué)，"2019，"40（10）："3767-3777.

XU C S，"DOU P F，"DU X L，"et al."Large-scale shaking table model test of liquefiable free field [J]. Rock and Soil Mechanics，"2019，"40（10）："3767-3777."（in Chinese）

7 KARATZIA X，"MYLONAKIS G，"BOUCKOVALAS G."Seismic isolation of surface foundations exploiting the properties of natural liquefiable soil [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，"2019，"121："233-251.

8 KOKUSHO T."Seismic base-isolation mechanism in liquefied sand in terms of energy [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，"2014，"63："92-97.

9 BOUCKOVALAS G D，"TSIAPAS Y Z，"THEOCHARIS A I，"et al."Ground response at liquefied sites： seismic isolation or amplification？ [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，"2016，"91："329-339.

10 石兆吉，"張延軍，"孫銳."土層液化對(duì)房屋遭受的地震荷載的影響[J]."世界地震工程，"1995，"11（3）："10-16.

SHI Z J，"ZHANG Y J，"SUN R."Effet of liquefaction of soil layers on seismic load applied to buildings [J]. World Information on Earthquake Engineering，"1995，"11（3）："10-16."（in Chinese）

11 李學(xué)寧，"劉惠珊，"周根壽，"等."液化層減震機(jī)理研究[J]."地震工程與工程振動(dòng)，"1992，"12（3）："84-91.

LI X N，"LIU H S，"ZHOU G S，"et al."Study on shake-reducing effect of liquefiable layers [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration，"1992，"12（3）："84-91."（in Chinese）

12 ADAMPIRA M，"DERAKHSHANDI M，"GHALANDARZADEH A，"et al."Evaluation of one-dimensional seismic site response due to liquefiable sub-layer [J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering，"2020，"173（2）："133-152.

13 ADAMPIRA M，"DERAKHSHANDI M."Influence of a layered liquefiable soil on seismic site response using physical modeling and numerical simulation [J]. Engineering Geology，"2020，"266："105462.

14 HU J L，"CHEN Q H，"LIU H B."Relationship between earthquake-induced uplift of rectangular underground structures and the excess pore water pressure ratio in saturated sandy soils [J]. Tunnelling and Underground Space Technology，"2018，"79："35-51.

15 LU C W，"CHU M C，"GE L，"et al."Estimation of settlement after soil liquefaction for structures built on shallow foundations [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，"2020，"129："105916.

16 OKA F，"YASHIMA A，"SHIBATA T，"et al."FEM-FDM coupled liquefaction analysis of a porous soil using an elasto-plastic model [J]. Applied Scientific Research，"1994，"52（3）："209-245.

17 GOODMAN R E，"TAYLOR R L，"BREKKE T L."A model for the mechanics of jointed rock [J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division，"1968，"94（3）："637-659.

18 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范："GB 50007—2011 [S]. 北京："中國(guó)計(jì)劃出版社，"2012.

Code for design of building foundation："GB 50007—2011 [S]. Beijing："China Planning Press，"2012."（in Chinese）