摘要
黄土作为特殊土具有独特的性质，研究黄土的微观结构特点、黄土的力学特性及黄土的场地反应谱分析在当今科研领域依然占据重要地位。本文以兰州地区的黄土为研究对象，进行扫描电镜试验、室内土工试验、动三轴实验、颗粒流数值模拟分析、场地反应谱分析等探究了兰州地区黄土的微观结构特性和动力特征。本文主要研究工作及成果如下： (1)选取兰州范围内的九个地区的黄土试样作为研究对象，以兰州市政府为中心点，将取样点按东、西、南、北四个方向划分。基于扫描电镜实验讨论兰州黄土在微观结构特性上的差异性，结果显示：黄土长轴粒径和角度级配曲线相差较大，兰州东西向的黄土颗粒比南北向的黄土颗粒的角度分布要均匀，兰州南侧比东、南、北三个方向的粒径偏大，兰州西侧黄土统一性要好一些。由灰色关联度理论分析得知各个微观参数对土体的阻尼比的影响从小到大排序为：长轴、短轴、平均周长、分选系数、角度、分形维数、平均面积、概率熵、形状系数、曲率系数。 (2)对兰州区域内取样点进行动三轴实验，试验结果表明，含水量接近的兰州四个取土方向黄土的动应力应变曲线、剪切模量比、阻尼比曲线差异性显著。具体表现在：兰州西面的黄土的动强度大于兰州北面，并且动强度会随土样深度的加深而增大；特征动剪应变大于0.001时，同一深度土样，阻尼比为兰州北面＞兰州西面＞兰州东面。动剪切模量比：兰州西面＞兰州东面＞兰州北面。 (3)以扫描电镜试验所得的微观结构参数和室内动三轴试验数据成果为依据，利用颗粒流PFC2D软件进行颗粒流模拟，拟合的动应力应变曲线与试验结果的拟合效果较好。分析动三轴实验过程中颗粒的位移、颗粒间接触力的分布情况得知试样破坏过程中：中间部位颗粒的位移量最小，两侧颗粒的位移量最大，颗粒向破裂面移动。拟合不同级配、孔隙比、刚度等参数对动应力应变曲线的影响，结果显示动应力应变曲线随孔隙比、刚度、刚度比的增大而上移。 (4)利用等效线性场地土层分析软件SIOLQUAKE对兰州榆中和平、红古、西果园、团庄小学四个场地进行场地反应谱分析，其中榆中和平和西果园为Ⅲ类场地，红谷和团庄小学为Ⅱ类场地，土层厚度25-50m。并利用差分进化标定法对反应谱进行标定。分析设计反应谱的四个参数值得知：榆中和平(Tg=0.24-0.76,βMAX=2.04-3)，红谷(Tg=0.28-0.29,βMAX=2.04-2.82)，西果园(Tg=0.17-0.59,βMAX=2.3-2.8)，团庄小学(Tg=0.39-0.45,βMAX=2.08-2.79)。T0值与地震的震级有关，?值与震中距无关。大厚度土场地的峰值随着震中距的增大向长周期方向移动。
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