在过去二十年里，地震工程的目标逐渐从简单地防止人员伤亡转向更广泛的抗震韧性目标——即建筑物及其依赖的社区在地震期间能够保持功能并在震后快速恢复功能[1,2]。这一理念最初由Bruneau及其同事提出，随后Cimellaro等人[3]将其Quantitatively界定，他们通过一个时间依赖的功能性函数来描述韧性，该函数在选定的恢复期内测量的面积既反映性能损失的程度，也反映恢复速度。后续工作将这一理念转化为可以与脆性分析和损失预测相结合的实际指数[4],[5],[6]，从而现在可以直接从结构模型的概率响应计算韧性。这里采用了Forcellini[4]的框架和FEMA P-58[7]的基于组件的方法。
在提高韧性的技术中，基础隔震是减少作用于建筑物的地震力最可靠的方法之一[8,9]。在基础和上部结构之间插入一层侧向柔性的支座，这大大延长了建筑物的基本周期，超出了地面震动的主导周期，从而大幅降低了谱加速度，进而减少了惯性力[10,11]。在铅橡胶支座中，层压橡胶提供柔性和重新定位力，而中央的铅芯通过稳定的滞回环耗散能量[9,12]。隔震在基础隔震和楼层间隔震方案中都显示出在位移、损失和韧性方面的好处[13,14]，橡胶和摩擦装置也报告了类似的效果[15],[16],[17]。
然而，经典的基础隔震理论基于刚性基础的假设。当支撑土壤具有变形性时，土壤-结构相互作用会改变耦合系统的动态行为，有效周期进一步延长，并引入额外的辐射和材料阻尼[18]。实际到达隔震器底部的运动与自由场运动不同，这一效应最初由Novak和Henderson[19]以及Constantinou等人[20,21]对隔震建筑进行了描述，并随后通过分析和数值模拟在软土层上的建筑中得到了验证[22],[23],[24],[25],[26],[27]。同样的相互作用也研究了隔震桥梁，忽略土壤的柔顺性会导致响应估计的不保守[28],[29],[30],[31],[32]。最近的基于连续介质的研究将讨论扩展到相邻建筑之间的碰撞以及相互作用引起的周期延长[33,34]。所有这些研究的一致结论是，随着土壤变得更加柔软，隔震的效果会降低，甚至在某些情况下会逆转。
Forcellini[35]最近提出了一个紧凑的三自由度模型，将土壤、隔震器和上部结构耦合在一起，并引入了一个基础剪切效率指数，该指数记录每次地震动下隔震是否减少了相对于未隔震结构的力需求。该研究表明，隔震的便利性会因土壤变形而逐渐减弱，在最软的场地甚至可能变得有害。然而，大多数早期的隔震系统研究依赖于简化的弹簧-阻尼器或少数自由度的理想化模型，只考虑单一的结构配置，并关注力或位移需求而非韧性。此外，土壤本身累积的永久变形——这一在软土层上显著更大的量——很少被纳入韧性评估，尽管正是这种岩土工程要求区分了软土场和硬土场。
本研究旨在填补这一空白。在一个统一的框架内，将完全非线性的三维连续介质土壤-结构相互作用有限元模型与三种高度的钢筋混凝土建筑相结合，这些建筑建在两种粘土层上，并将基于云方法的脆性曲线转化为恢复时间韧性指数，同时单独评估逐条记录的基础剪切效率指数。基础剪切的结果证实了Forcellini的研究结果，随后进一步扩展到韧性领域和不同建筑高度，并扩展到永久地面变形，从而不仅将软土对隔震效率的降低表现为力值，还表现为包括岩土工程要求在内的韧性结果。
因此，研究目标有三个方面。首先，使用OpenSees连续介质相互作用模型[36,37]量化了在坚硬和软粘土层上，有无隔震的3层、5层和7层建筑的工程需求和损伤状态的超过情况。其次，在既定的非线性抗震性能和不确定性评估框架[38],[39],[40],[41],[42]内推导出脆性曲线，并将其转化为恢复时间韧性指数，遵循Cimellaro[3]和Forcellini[4]的方法。第三，使用实际楼层质量评估Forcellini[35]的基础剪切效率指数，并且——作为本文的独特贡献——测量每种配置的永久地面变形，并将其纳入韧性评估中，以便全面了解软土的作用。十二种配置和十一个缩放的记录数据产生了132次非线性时程分析。
