Abstract The soil response to large earthquakes is strongly nonlinear, which has a significant influence on the performance of buried infrastructure as well as input motion to superstructures. This paper reports on uniform and non-uniform multi-point shaking table tests to elucidate the effect of soil non-linearity on free-field soil response. Emphasis was placed on investigating the effect of the non-uniform seismic excitation in different directions on the soil response. The tests were conducted on scaled sand deposits enclosed in a suspension continuum soil box using three shaking tables that can induce uniform and non-uniform seismic excitations. Quantitative analyses were performed to study the ground motion response characteristics and variation of free-field soil characteristics underground motions with different intensity, frequency content and directions. The analyses evaluated the soil dynamic characteristics and their variation with strain level, as well as soil acceleration and settlement responses. The results demonstrated that the soil nonlinear behavior is influenced by the ground motion intensity, direction (longitudinal or transverse) and uniformity. Non-uniform ground motion may lead to more pronounced changes of soil structure, which would decrease the soil profile natural frequency and increase its damping ratio. The variation of soil shear modulus with strain also reflected the soil plastic response. The longitudinal excitation had a more pronounced effect on the soil vertical settlement compared with the transverse excitation. However, non-uniform excitation had a minor effect on the soil vertical settlement.

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多点振动台试验中非均匀地震激发下的非线性土体响应

摘要 土壤对大地震的响应是强非线性的，它对地下基础设施的性能以及上层建筑的输入运动有显着影响。本文报告了均匀和非均匀多点振动台试验，以阐明土壤非线性对自由场土壤响应的影响。重点研究了不同方向的非均匀地震激发对土壤响应的影响。测试是在封闭在悬浮连续土箱中的有鳞的沙子沉积物上进行的，使用三个振动台可以引起均匀和非均匀的地震激发。进行了定量分析，研究了不同强度地下运动的自由场土壤特性的地震动响应特征和变化，频率内容和方向。分析评估了土壤动态特性及其随应变水平的变化，以及土壤加速度和沉降响应。结果表明，土壤非线性行为受地震动强度、方向（纵向或横向）和均匀性的影响。不均匀的地面运动可能导致土壤结构发生更明显的变化，从而降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。分析评估了土壤动态特性及其随应变水平的变化，以及土壤加速度和沉降响应。结果表明，土壤非线性行为受地震动强度、方向（纵向或横向）和均匀性的影响。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。分析评估了土壤动态特性及其随应变水平的变化，以及土壤加速度和沉降响应。结果表明，土壤非线性行为受地震动强度、方向（纵向或横向）和均匀性的影响。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。以及土壤加速度和沉降响应。结果表明，土壤非线性行为受地震动强度、方向（纵向或横向）和均匀性的影响。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。以及土壤加速度和沉降响应。结果表明，土壤非线性行为受地震动强度、方向（纵向或横向）和均匀性的影响。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。方向（纵向或横向）和均匀性。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。方向（纵向或横向）和均匀性。不均匀的地面运动可能导致土壤结构的更明显变化，这将降低土壤剖面自然频率并增加其阻尼比。土壤剪切模量随应变的变化也反映了土壤塑性响应。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。与横向激励相比，纵向激励对土壤垂直沉降的影响更为显着。然而，非均匀激励对土壤垂直沉降的影响较小。