珊瑚岛礁岩土动力特性及场地地震稳定性评价方法

The development of coral reefs and the construction of infrastructure has a significant impact on China's economic and social development. Facing the complex marine seismic geological environment, calcareous sand geotechnical dynamic characteristics and seismic stability evaluation become a hot issue in research of earthquake engineering, at the present, system and in-depth study of this problem is an urgent task. This project by the coral reefs locate in the South China Sea area as the research object, in view of the subduction-zone earthquakes, special dynamic characteristics of calcareous sand and infrastructure seismic fortification stability requirements. Ocean ground motion simulation, dynamic characteristics of coral reef rock and soil test, three-dimensional nonlinear numerical simulation will be carried out, which focus on the subduction-zone earthquake ground motion attenuation characteristics, dynamic performance and characterization of calcareous sand, site seismic stability evaluation methods, respectively. Establishing applicable earthquake ground motion simulation method, calcareous soil dynamic constitutive relation and efficient numerical algorithms and stability evaluation method for nonlinear seismic response of reef sites. Put forward different reef area disposal methods and the influence of the stability of the reef sites area. The research will contribute to understand the seismic safety of construction or proposed coral reef, and provide theoretical support and technical foundation for the earthquake disaster prevention of the reef construction.

珊瑚岛礁开发及基础设施建设对我国经济和社会发展具有巨大推动作用。面临着复杂海域地震地质环境，岛礁岩土动力特性及场地地震稳定性评价成为地震工程领域研究的热点问题，现阶段系统而深入地研究此问题已是紧迫的科学任务。本项目以南海珊瑚岛礁场地为研究对象，针对岛礁涉及的海域和俯冲带大地震、特殊的钙质砂场地和基础设施抗震设防对场地稳定性要求等问题开展系统深入探讨。利用海域地震动模拟、岛礁岩土体动力特性室内试验、三维非线性数值模拟等手段，对海域特别是俯冲带大地震的地震动衰减特性、钙质砂动力性能及其表征、场地地震稳定性的控制性指标以及评价方法等进行研究，建立可应用的海域地震动模拟方法、钙质砂土动力本构关系、岛礁场地非线性地震反应的高效数值算法及稳定性评价方法及体系，提出不同岛礁场地处理策略及对场地稳定性的影响。研究将有助于认识我国在建及拟建珊瑚岛礁场地的地震安全性，为岛礁工程抗震防灾提供理论支撑与技术基础。

本项目通过理论研究、数值分析、室内岩土动力试验、实际工程应用相结合，围绕海域地震动特性及地震动衰减规律、钙质砂动力特性及控制性参数与表征、岛礁场地地震效应与稳定性分析数值方法、岛礁场地地震稳定性评价方法与控制性指标、典型岛礁场地处理方法实用性与可靠性分析五个方面展开了研究。主要研究成果如下：.（1）利用美国加州及日本相模湾近海域地震台站采集的地震动记录，分析了近海域地震动特征。利用宽频带有限断层地震动模拟方法开展海域地震动模拟。构建了俯冲带边缘与板内地震地震动的预测模型。分析不同地震动衰减关系对近海中强地震活动区地震危险性结果的影响。.（2）研究了不同形状的单级配颗粒料强度和变形曲线的变化规律，构建了能够描述珊瑚砂残余应变的动骨架曲线与时域非线性有效应力本构本构模型。开展了珊瑚砂在不同粗细颗粒配比、密实度、低-高-低幅值循环荷载下的动三轴试验，建立了各动本构参数与颗粒破碎、颗粒级配、密实度、最大历史应力间的函数关系。.（3）建立了岛礁场地非线性地震反应集成化算法，能够纳入上述研究的海域地震动模拟结果作为输入地震动、岛礁钙质砂动力本构作为介质非线性模型等。开发了基于粘弹性边界单元的内部子结构地震动输入方法、改进粘弹性边界地震动输入方法等。发展了将内域高精度谱元法与人工边界条件相结合的地震波动高效数值算法。开展了岛礁场地地形及典型岛礁场地对地震动影响特征分析。建立了二维、三维渚碧礁-海水系统近场计算模型，对比分析了二维、三维模型差异性。.（4）研制了新型淤泥固化添加剂和适用于岛礁工程的淤泥快速固化集成处理设备，并以某一填海造地项目为依托工程，开展复合固化剂固化海相淤泥的试验研究，经现场测试处理之后的淤泥固化土满足岛礁场地地基处理设计要求。.本项目的研究成果有助于认识我国在建及拟建岛礁场地的地震安全性，获取岛礁工程地震安全性评价控制性参数，为岛礁工程抗震防灾提供理论支撑与技术保障。