基于竖向台阵的土体小应变阻尼比随深度变化规律研究

陈苏; 龙增洋; 王苏阳; 姜伟平; 李小军

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250324001

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基于竖向台阵的土体小应变阻尼比随深度变化规律研究

“防灾减灾工程高性能计算方法（HPC）”专题 | 更新时间：2025-12-12

- 基于竖向台阵的土体小应变阻尼比随深度变化规律研究
- Research on Variation of Soil Small‑strain Damping Ratio with Depth Based on Vertical Arrays
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第5期页码：1024-1031
- 作者机构：
  
  1.城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京工业大学，北京 100124
  2.桥梁工程安全与韧性全国重点实验室，北京工业大学，北京100124
- 作者简介：
  
  陈苏（1986—），男，教授，博导，博士。研究方向：工程设防地震动、AI工程应用。E-mail:chensuchina@126.com
  王苏阳（1990—），男，教授，博导，博士。研究方向：场地地震反应及土动力学。E-mail:suyangwang@bjut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发项目(2023YFB2390400);国家自然科学基金项目(52192675)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250324001
  中图分类号： TU411
- 收稿：2025-03-24，
  
  修回：2025-04-22，
  
  纸质出版：2025-10-28
- 稿件说明：
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陈苏,龙增洋,王苏阳等.基于竖向台阵的土体小应变阻尼比随深度变化规律研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1024-1031.

CHEN Su,LONG Zengyang,WANG Suyang,et al.Research on Variation of Soil Small‑strain Damping Ratio with Depth Based on Vertical Arrays[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1024-1031.
陈苏,龙增洋,王苏阳等.基于竖向台阵的土体小应变阻尼比随深度变化规律研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1024-1031. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250324001.

CHEN Su,LONG Zengyang,WANG Suyang,et al.Research on Variation of Soil Small‑strain Damping Ratio with Depth Based on Vertical Arrays[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1024-1031. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250324001.

摘要

目前，场地地震反应分析中采用的土体小应变阻尼通常根据室内试验确定。然而，由于室内试验仅能代表土体阻尼，无法反映地震波在传播过程中由场地空间变异性引起的散射效应，直接采用室内试验得到的小应变阻尼往往会导致预测的场地放大作用被明显高估。针对这一问题，本研究从美国和欧洲选取了四个竖向地震台阵，首先利用地震干涉测量法从地震数据中提取出场地的原位剪切波速结构，然后使用模拟退火算法反演了原位小应变阻尼比结构，之后讨论了土体小应变阻尼比随深度的变化规律，最后比较了恒定阻尼假设和非恒定阻尼假设在重现和预测场地地震反应中的表现。结果表明：利用地震干涉测量法和模拟退火算法反演得到的原位土动力学参数可以很好地重现并预测小应变条件下的场地地震反应。同时，场地的原位小应变阻尼结构也未表现出明显的随深度变化的规律。此外，在大多数情况下，是否采用恒定阻尼假设对地表加速度反应谱模拟值几乎没有影响。因此，在通常情况下，场地地震反应分析可以直接采用恒定阻尼假设，无需考虑阻尼比随深度的变化。

Abstract

Currently

the small-strain damping of soil used in seismic site response analysis is generally determined based on laboratory tests. However

since laboratory tests can only represent material damping of soil

they cannot reflect the scattering effects caused by spatial variability of the site during seismic wave propagation. Therefore

directly using the small-strain damping obtained from laboratory tests often leads to a significant overestimation of the predicted site amplification. To address this issue

this study selected four vertical seismic arrays from the United States and Europe. First

the in-situ shear wave velocity structures of these sites were extracted from the seismic data using the seismic interferometry method. Then

the in-situ small-strain damping ratio structures were inverted using the simulated annealing algorithm

and the variation of the small-strain damping ratio of the soil with depth was discussed. Finally

the performance of the uniform damping assumption and the non-uniform damping assumption in reproducing and predicting seismic site response was compared. The results showed that the in-situ soil dynamic parameters inverted using seismic interferometry and the simulated annealing algorithm could well reproduce and predict the seismic site response under small-strain conditions. Meanwhile

the in-situ small-strain damping ratio profile did not exhibit a clear variation pattern with depth. Moreover

in most cases

whether the uniform damping assumption was adopted had almost no effect on the simulated values of surface acceleration response spectra. Therefore

the uniform damping assumption could be directly adopted in seismic site response analysis under normal circumstances

without the need to consider the variation of damping ratio with depth.

关键词

Keywords

references

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