浅硬场地剪切波速测试标准差对地震动影响初探

采用Shake 2000程序,以Turkey Flat试验场地为模型,通过输入不同类型下多种强度的地震波,计算研究多工况下剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱和峰值加速度的影响。结论为:(1)浅硬场地上剪切波速测试标准差对地震动的影响很大,影响程度与输入地震波的强度和频率以及场地剪切波速计算值有关;(2)如果将反应谱残差大于20%或加速度峰值差别大于20%定义为统计意义上的不可忽略,那么剪切波速测试标准差对计算结果的影响在大多数情况下均不可忽略;(3)当输入波的卓越周期与场地特征周期接近时,浅硬场地上剪切波速测试标准差引起的反应谱变化非常显著;(4)只有当输入波的卓越周期与场地特征周期相差较大且输入波强度偏小时,剪切波速测试标准差引起的反应谱变化才可略去;(5)当浅硬场地上剪切波速实测结果低于统计均值时,地震动计算结果的偏差一般明显大于剪切波速实测结果,高于统计均值时引起的偏差,且地震输入越强表现越明显。     

地震反应分析中输入界面的选取对地表地震动参数的影响

地震反应分析中输入界面选取合理与否对设计地震动参数有重要影响。基于唐山地区钻孔剖面,分别选取剪切波速为500m/s的硬黏土和800m/s的岩石顶面作为基岩输入界面,采用一维等效线性化方法讨论中硬场地输入界面的选取对地表地震动参数的影响,结果表明:(1)地表峰值加速度放大倍数及地表加速度反应谱特征周期都随输入界面深度的增加而递增,且这种递增与输入地震动的强度及频谱特性都有密切联系;(2)随着输入界面深度的增加,地表加速度反应谱几乎全频段内增大,仅在短周期内出现减小的情况,但幅度十分有限;(3)中硬场地地震反应分析中基岩输入界面宜取剪切波速为800m/s的土层顶面。     

剪切波速差异性对地震反应的影响

通过运用一维等效线性波动方法研究了粘性土和砂土剪切波速差异性对地震动峰值加速度、地表反应谱的平台值及特征周期的影响,得出地震动峰值加速度、地表反应谱平台值及特征周期的差异与剪切波速差异近似呈线性关系。当剪切波速减小时,地震动峰值加速度、地表反应谱平台值随之减小,地表反应谱的特征周期则增大;不同强度的地震动输入其规律基本相似。     

波速原位测试结果标准差对较深软场地地震反应谱影响初探

波速测试结果在工程上的应用越来越重要,但波速测试结果的不确定性一直影响着抗震设计。为了准确地描述这一不确定性,对较深软场地的地震响应进行了计算。采用Shake 2000程序,通过输入不同类型的多种强度的地震波,研究了较深软场地的多种工况下剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱和峰值加速度的影响。结果表明,较深软场地上的波速测试标准差对场地的加速度反应谱和峰值加速度基本没有影响;不同地震强度下的反应谱和峰值加速度的变化,基本可以忽略。随着波速测试数据量的增加,本文研究结果还有待进一步的深入与完善。     

剪切波速对场地地表地震动参数的影响

本文以江淮地区典型场地资料为原型,将土层剪切波速实测值按照一定比例进行增减,构造多种场地土层地震反应分析模型,选择Taft、E1centro和Kobe三条强震记录作为地震输入,采用一维频域等效线性化波动方法进行了土层地震反应分析.研究结果表明,剪切波速的变异性与场地地表地震动的影响程度与输入基岩地震动的频谱特性、幅值、土层结构等因素有关.地表峰值加速度随着剪切波速的增大而逐渐增大,地表加速度反应谱的特征周期随着剪切波速的增大而逐渐减小.     

剪切波速对场地地表地震动参数的影响TPF

本文以江淮地区典型场地资料为原型,将土层剪切波速实测值按照一定比例进行增减,构造多种场地土层地震反应分析模型,选择Taft、E1centro 和Kobe 三条强震记录作为地震输入,采用一维频域等效线性化波动方法进行了土层地震反应分析。研究结果表明,剪切波速的变异性与场地地表地震动的影响程度与输入基岩地震动的频谱特性、幅值、土层结构等因素有关。地表峰值加速度随着剪切波速的增大而逐渐增大,地表加速度反应谱的特征周期随着剪切波速的增大而逐渐减小。     

熊本MW7.0地震近场地表与井下地震动对比研究

选取日本熊本M_W7.0地震断层距小于200 km的82个近场KiK-net台站记录到的三分量记录数据进行基线校正后,获得近场地面运动水平向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及周期为0.2,1,2,3,5和10 s的加速度反应谱数据,并与美国NGA-West2的地震动预测模型相比较,研究熊本地震地表和井下地震动峰值及反应谱的衰减特征,通过比较KiK-net台站地表与井下记录结果,探讨浅层场地放大效应的影响。研究结果表明:① 对于井下观测结果,NGA-West2的地震动模型对PGA和短周期0.2 s的反应谱的预测值与井下观测值相比整体偏高,而PGV和较长周期地震动（如1,2和3 s的反应谱）的预测值与井下观测值较为吻合;② 地表观测记录的PGA,PGV和周期为0.2—3 s的反应谱残差整体上随v_S30对数值的增大呈线性减小的趋势,而周期为5 s和10 s的长周期部分,其场地效应的影响很小;③ 相对于井下记录,地表记录的地震动PGA,PGV和周期为0.2,1和2 s的反应谱有明显的放大,这种放大作用随浅层场地剪切波速的增大而减小;周期为3,5和10 s时长周期地震动的放大效应很小。      

回填土不确定性对场地地震反应的影响

选取某核电场地控制性钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变回填土剪切波速,分析了回填土不确定性对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在回填土层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表的水平向峰值加速度随着回填土剪切波速的增大而减小,但水平向峰值加速度增幅逐渐减小;回填土剪切波速到达一定的波速就不再影响地表水平峰值加速度;随着回填土剪切波速的增加,整个反应谱的谱值都普遍减小。     

输入界面对场地地表地震动参数的影响

本文以江淮地区典型场地资料为原型,选取不同深度的岩层位置作为地震动输入界面,构造多种场地土层模型,选择Taft、Kobe和E1centro 3条强震记录作为地震输入,采用一维频域等效线性化波动方法重点分析了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。研究结果表明,随着输入界面深度的增加,场地地表的峰值加速度逐渐增加,且增加的幅度呈逐渐减小的趋势,但输入界面深度对地表加速度反应谱特征周期的影响较小;输入界面剪切波速值对反应谱特征周期影响有限,但对地表峰值加速度影响较为显著,地表峰值加速度随着输入界面剪切波速的增大而增大,且两者的增幅呈现近似的线性关系。     

场地条件对地表峰值加速度的放大效应分析

在研究西安地区大量钻孔资料的基础上,构造了44个不同等效剪切波速和覆盖层厚度场地条件下的典型场地剖面,利用一维等效线性化地震反应分析方法,计算了不同场地在3种不同强度的地震动输入下的地面峰值加速度,分析了地震动峰值加速度放大系数ks随场地类别、等效剪切波速Vse、覆盖层厚度H和输入地震动强度ar的变化特征,指出了按场地类别对地震动峰值加速度调整存在的问题。分析结果表明,加速度放大系数随等效剪切波速、覆盖层厚度及基岩输入地震动强度的增大而减小;等效剪切波速对加速度放大系数的影响大于覆盖层厚度的影响,随着输入地震动强度的增大,覆盖层厚度对加速度放大系数的影响成份有逐渐加大的趋势;覆盖层厚度对加速度放大系数的影响程度随着等效剪切波速的增大而逐渐减弱;加速度放大系数与场地等效剪切波速和覆盖层厚度之间具有较高的拟合度的统计回归关系。由此提出了直接用场地等效剪切波速和覆盖层厚度对地震动峰值加速度进行调整的新途径。最后,就地震动峰值加速度随场地条件的调整方法,提出了有待进一步研究的问题。     

硬夹层埋深对场地地震动参数的影响

选取某重要工程场地A3钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变硬夹层的埋深,分析硬夹层不同埋深、不同地震时程对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在硬夹层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表水平向的峰值加速度随硬夹层埋深的增大而增大,但增幅逐渐减小;硬夹层埋深到达一定深度时不再影响地表水平峰值加速度;随着硬夹层埋深的增加,整个反应谱的谱值普遍增大。     

基岩输入参数对场地地震反应的影响分析

基岩输入参数主要包括基岩面埋深、基岩剪切波速和基岩地震动强度等因素.本文通过分析某场地在选择不同深度的假想基岩面、不同的基岩剪切波速以及不同基岩地震动强度条件下的场地地震反应结果,得出在不同的基岩输入参数条件下,地表的地震动峰值加速度和加速度反应谱存在很大差异.     

兰州地区剪切波速实测误差分析与评价

为了给兰州乃至西北地区的地震安全性评价和重大工程抗震设计提供参考,在兰州地区选取4个不同类别场地,完成由10家单位参加、使用不同仪器剪切波速现场测试误差专项实验,研究该地区剪切波速实测误差分布规律,讨论测试误差对地表加速度反应谱影响的统计特征,并给出该地区剪切波速测试误差评价。结果表明:兰州地区各单位剪切波速测试误差具有明显规律性,测试误差绝大部分符合标准正态分布,且误差大小不随深度和场地类别而改变;兰州地区波速测试水平优于全国平均水平,Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地的剪切波速测试精度较高,偏差较小,其平均标准差可以定为10%;就兰州地区而言,其1倍波速测试标准差引起PGA最大偏差为25%,2倍标准差为50%;给定波速测试误差下反应谱变化程度与输入波形相关,输入波频率成分与场地频率成分接近的地震输入下,误差影响较大,反之则影响较小。     

硬夹层厚度对场地地震反应的影响

文中基于某核电站场地工程地质资料,构建了5个硬夹层厚度不同的工程地质剖面。在此基础上,建立了5个一维分析模型,并应用一维土层地震反应等效线性化方法分析了硬夹层厚度对场地地震反应加速度峰值与反应谱的影响。分析结果表明:硬夹层的厚度对场地地震反应峰值加速度与反应谱有较明显的影响,硬夹层厚度的增加减小了场地的非线性效应;不同输入地震动水平下,硬夹层顶板的峰值加速度均小于输入加速度峰值,地表峰值加速度均大于输入加速度峰值;相同输入地震动水平下,随着硬夹层厚度的增加,硬夹层顶板和场地地表峰值加速度与输入峰值加速度之比均表现为先逐渐减小后逐渐增加的趋势,而场地地表与硬夹层顶板的峰值加速度之比随硬夹层厚度的增加总体逐渐增加;硬夹层厚度相同时,随着输入峰值加速度的增大,硬夹层顶板和场地地表的峰值加速度与输入峰值加速度之比逐渐减小;硬夹层仅对一定频带内的加速度反应谱有影响,其厚度越大,影响频带越宽,而对于影响频带之外的加速度反应谱影响很小,同时周期越长影响越小。     

输入地震动相位特性对不同类别场地土层地震反应影响

以某Ⅷ度设防区基岩场地地震危险性计算为基础,拟合不同随机相位的人造地震动时程作为输入,采用一维等效线性化方法,计算了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类典型场地的土层地表地震反应。结果表明:(1)在不同地震动强度、不同随机相位基岩时程输入条件下,对不同类型场地土层地震反应计算得到的地表加速度峰值和反应谱值相对极差差别较大,地震动相位特征对土层地震反应的影响不可忽略;在反应谱特征周期2.0 s内,地表峰值和反应谱值变异系数随输入地震动强度的增大有增大趋势;(2)采用统计学方法计算给出了不同场地类别的基岩输入随机相位样本时程的必要数量,不同场地类别不同地震强度输入条件下所需要的最少样本量不同。在输入地震动强度不大(PGA0.20 g)且满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,不同类别场地至少需要15组不同随机相位的基岩时程,基本能满足均值统计要求;在输入地震动强度较大(PGA≥0.20 g),满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,至少需要30组不同随机相位的基岩时程,才能满足均值统计要求。     

基岩人造地震动随机数对地表地震动参数的影响

随机数是人工合成基岩地震动输入的必备参数,对地表地震动参数有一定影响。以某实际化工工程场地剖面及其基岩加速度反应谱为基础,调整随机数,人工合成不同的基岩加速度时程,以此为输入,计算场地地表地震动参数,并对比不同随机数下地表加速度反应。对比结果表明,相同的场地和基岩反应谱输入,不同随机数对应得到的地表反应谱高频部分(0.2s)影响显著,而对地表反应谱周期部分(0.2s)影响不大,其中峰值加速度差别最为显著,输入地震动强度越大差别越大,大震输入下可达到60gal,有可能影响烈度判断结果。基岩人造地震动随机数主要影响峰值加速度和地表反应谱高频部分,基本不影响反应谱长周期部分。     

现场剪切波速测试误差及其对地震动影响研究

剪切波速是建筑工程场地上岩土体介质的一个重要参数。由于其数据结果直观、现场实验简单易行,剪切波速在工程中得到了广泛的应用。对任何一个物理量,测试结果均存在着一定程度的偏差。长期以来,无论专家学者还是工程技术人员,对剪切波速测试结果的可靠性均心存疑虑,希望能够早日了解掌握客观情况,以便制订相关标准进而改进技术。由于剪切波速测试不是一个孤立的量,对地震工程而言,现场剪切波速测试误差直接影响了地震动计算结果。这一结果涉及地震小区划和工程场地地震安全性评价工作。目前,还缺乏对剪切波速测试误差的实测结果,相关工作还无法开展。基于以上原因,本文围绕剪切波速测试误差专项实验展开,对现场剪切波速测试误差及其对震动的影响进行了研究,旨在为评价波速测试误差和确定其对地震动的影响提供依据。首先,本文介绍了剪切波速测试误差及其对地震动影响的研究现状,评述了相关工作的研究进展。目前,对剪切波速测试误差的研究还停留在对波速与深度关系进行拟合的层面上,还缺乏专门的波速测试误差专项实验。对于现场剪切波速测试误差对地震动的影响研究则主要集中在假设波速变化的定性分析上。本文的研究内容填补了国内外波速测试误差研究的空白,提出用专项实验结果来研究现场剪切波速测试误差并研究其影响。其次,本文设计了剪切波速测试误差专项实验并通过实验获得了波速测试误差的初步分布。通过对国内8个地区20个专项实验场地的测试,给出了涵盖4类工程场地的剪切波速测试误差测试结果,证明了波速测试误差客观存在。实验结果表明,噪音是影响波速测试误差的首要因素。再次,本文对剪切波速测试误差进行了分布拟合并进行了验证,论证了剪切波速测试误差的分布符合标准正态分布。通过将每一类场地的波速测试误差进行整合,本文将波速值的偏差变成了无量纲的测试误差百分比,这一结果就将具体场地的波速测试误差结果推广到所有一、二、三、四类场地。研究表明:波速测试误差的标准差约为15%,结合标准正态分布的性质,本文认为,约38%的测试结果精度较高,约68%的测试结果较为可靠。然后,本文利用专项实验结果采用一维等效线性化土层反应分析程序,研究了波速测试误差对加速度反应谱的影响。通过2 160组工况的计算结果,本文总结了剪切波速测试误差对反应谱的影响规律。研究表明:剪切波速测试误差对加速度反应谱有影响,影响程度主要由波速测试误差程度、场地类别和输入的地震波决定。剪切波速测试误差引起的加速度反应谱偏差程度与输入的地震动强度基本无关,只与波速测试误差的大小有关。当输入的地震波周期成分与场地卓越周期相近时,场地易发生共振,波速测试误差引起的反应谱变化明显。最后,本文结合波速测试误差的正态分布特性讨论了不同概率水平下,波速测试误差对地震动的影响程度。本文认为,用PGA和SI作为指标讨论影响程度是合理的。PGA值的变化准确描述了场地最大响应的变化,而SI则代表了能量的变化。研究表明:如果以PGA变化20%为标准,那么均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对PGA基本没有影响,结合波速测试误差的分布进行分析,可以认为,38%的波速测试结果对PGA没有影响,其余62%的波速测试结果对PGA是否有影响,需要结合场地条件和地震波进行分析。均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对造成的SI偏差基本都在5%以内。本文的结语部分对工作进行了总结,指出了现有工作的不足之处和未来工作的重点。     

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(υs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0．35m／s^2、0．70m／s^2和0．98m／s^2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(υs≥500m／s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论：(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m／s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取υs≥500m／s^2的土层或基岩面作为地震动输入界面。     

天津滨海地区覆盖层特征

利用天津滨海地区钻孔地质与剪切波速测试资料,确定该地区不同场地的覆盖层厚度,并分析覆盖层分布特征及地震动影响.结果表明,天津滨海地区覆盖层厚度与地质构造单元凹凸差异有一定对应关系,受基底构造的明显控制;覆盖层厚度差异对地震动峰值与反应谱有一定影响,但假想基岩面的剪切波速变化对地表加速度峰值与反应谱的影响更为明显.     

地表/井下反应谱比值非线性统计特征与影响因素研究

浅地表软弱覆盖层对地震动的影响具有强非线性,但因观测记录样本量过小,难以通过参考谱比法等直接方法予以可靠分析。本文基于日本KiK-net台网136个竖向钻井台阵获取的141881组加速度记录的统计分析,研究了地表/井下反应谱比值随地震动强度变化的非线性变化规律与主要影响因素。利用变窗口尺度的滑动窗口平均法加强数据线性度,并确定了与地震动强度相关的台站最小记录样本量,统计结果表明地表/井下反应谱比值平台值随地震动强度变化的非线性衰减指数为-0.24～-0.08。利用套索（Lasso）算法统计回归发现,本研究12个场地特性表征参数中,30 m平均剪切波速（$ {V}_{\mathrm{s}30} $）、场地卓越频率与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的正相关性;较弱强度地震动作用下地表/井下傅里叶谱比值峰值、地表/井下反应谱比值峰值与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的负相关性。