非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法及抗震设计方法与流程

技术特征：

1.一种非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：以H为坡高、H/L为坡降并以D1为远置边界建立坡地地形计算模型，其中，L为坡宽；所述坡地地形计算模型的地表层为土质层；采用网格对所述坡地地形计算模型的地表层进行有限元划分；

步骤2：建立以D2为远置边界的平地场计算模型，所述平地场计算模型的地表层为土质层；所述平地场计算模型的土质层物理参数与坡地地形计算模型的土质层物理参数相同；

步骤3：选取坡地地形计算模型中的N个网格节点作为观测点，所述观测点分布的位置包括斜坡段；选取平地场计算模型的地表层上任意一点作为目标点；

步骤4：计算各观测点以及目标点的相对加速度反应，按如下方式：输入水平地震波，并采用Newmark-β数值分析法按如下公式计算：

其中，M、C和K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；和u(t)分别为相对加速度反应、相对速度反应和相对位移反应；t表示时间变量；为输入水平地震波的加速度；

步骤5：计算各观测点以及目标点的绝对加速度时程，按如下公式：其中，y(t)表示绝对加速度时程；

步骤6：将各观测点以及目标点的绝对加速度时程变换为对应的反应谱；其中，第i个观测点的反应谱表示为Yi(T)，i∈{1,2,...,N}；目标点的反应谱表示为Y0(T)；T表示结构自振周期；

步骤7：分别计算各观测点相对于目标点的谱比值，以对应的谱比值作为对应观测点的水平地震动放大系数，按如下方式计算：以各观测点的反应谱最大值比上目标点的反应谱最大值作为谱比值；其中，第i个观测点的谱比值

2.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤3中观测点分布的位置还包括上平台段与下平台段。

3.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤4中输入的水平地震波为实际地震波，并分别从坡地地形计算模型与平地场计算模型的底部竖直向上入射。

4.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤7中在计算谱比值之前，对各反应谱进行归一化处理，采用归一化后的反应谱最大值来计算谱比值；其中，第i个观测点的谱比值其中，分别为Yimax(T)、Y0max(T)归一化后的标量。

5.根据权利要求3所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：采用如下土质层物理参数：弹性模量为3×10⁸N/m²，密度为1800kg/m³，泊松比为0.2，阻尼比为0.05；水平地震波采用美国记录的27条实际基岩地震波；远置边界D1＝800m,远置边界D2＝200m；网格的单元尺寸为2.5m×2.5m；

分别建立以下坡地地形计算模型进行水平地震动放大系数的计算：

在坡高H＜5m的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；

在坡高5≤H＜15的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；

在坡高H≥15的条件下，分别建立坡降H/L＜0.3、0.3≤H/L＜0.6、0.6≤H/L＜1.0以及H/L≥1.0的坡地地形计算模型；

其中，斜坡段的计算结果如下表：

表中h表示斜坡段上测试点距离坡脚的竖直距离，根据测试点距离坡脚的竖直距离h能够通过查表确定斜坡段上相应测试点的水平地震动放大系数。

6.根据权利要求5所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：经过计算得到以下结论：下平台段上各测试点的地震动放大系数均为1；上平台段上距离斜坡段上顶点2.5倍坡高位置内的地震动放大系数相对目标点的最大增幅为0.27～0.54。

7.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：步骤4中所述阻尼矩阵是质量矩阵和刚度矩阵的线性组合：C＝αM+βK，其中，α和β分别为质量比例系数和刚度比例系数。

8.根据权利要求7所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：质量比例系数α和刚度比例系数β根据第1阶和第2阶自振频率下的Reyleigh阻尼进行确定，按如下公式：

其中，ωi表示第1阶自振频率，ωj表示第2阶自振频率，表示第1阶自振频率下的Reyleigh阻尼，表示第2阶自振频率下的Reyleigh阻尼。

9.根据权利要求1所述的非岩质坡地水平地震动放大系数确定方法，其特征在于：Newmark-β数值分析法所采用的时间积分时间步长为0.002s，并且最大采样频率小于等于30Hz。

10.一种坡地建筑的抗震性能设计方法，其特征在于：采用权利要求1所述的水平地震动放大系数的确定方法所确定出的水平地震动放大系数对坡地建筑进行抗震性能设计。