场地地震动水平/竖向谱比与地表/基底谱比差异及修正水平/竖向谱比法研究

局部场地条件是决定场地地震动强度和频谱的重要因素，基于强震动和脉动记录的统计分析，获取表征场地条件影响的特征参数已成为确定工程场地设计地震动的较经济和实用方法，特别是对于大范围或难以开展现场勘测的工程场地。利用日本KiK-net台网强震动记录计算分析了台站场地地震动水平/竖向谱比（HVSR）与地表/基底谱比（SBSR）的差异，揭示SBSR/HVSR与HVSR呈对数线性分布的统计特征，并给出其定量关系，据此提出表征场地对地震动影响的修正水平/竖向谱比法。修正水平/竖向谱比法具有仅需地表观测记录的优势，并进一步考虑了场地竖向地震效应对水平/竖向谱比法精度的影响，更能合理地表征场地对地震动的影响。     

HVSR方法用于地震作用下场地效应分析的适用性研究

以美国Garner Valley Downhole Array(GVDA)竖向观测台阵的强震观测记录为基础,利用水平与竖向谱比(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio,HVSR)方法与传统谱比方法研究了多次地震作用下竖向台阵场地的波动传播规律,探讨了该场地HVSR曲线与传递函数(Transfer Function,TF)曲线的差异,综合利用频域求解一维层状场地P、SV波入射情况下场地响应的土层地震反应分析方法和合成理论地震图的波数积分法解释了二者差异可能的原因,在此基础上研究了HVSR方法应用于地震作用下场地效应分析的适用性.研究结论表明:竖向地震动场地效应是HVSR与传递函数产生差异的主要原因,竖向地震动场地效应主要是由竖向地震动中的P波成分引起的.在场地竖向放大可以忽略的频段范围内,HVSR可以作为传递函数研究地震作用下的场地效应.     

基于振动台模型试验探讨HVSR方法对黄土场地效应适用性的研究进展

黄土场地效应作为地震动影响的显著因素,相关机理得到各国学者的关注。从近年来的研究成果可知:经验谱比法（HVSR法）和传统谱比法（传递函数）是研究场地对地震动影响效应的常用方法,振动台模型试验和数值分析是研究的有效手段。阐述了HVSR方法和传递函数2种方法的应用现状,并就不同场地条件对地震动的放大影响效应的研究现状及数值分析理论在场地效应中的应用进行了归纳总结,基于振动台模型试验结合数值仿真模拟对HVSR方法用于描述黄土场地效应的适用性进行展望。     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

呈贡新区场地土对地震动放大作用及特征周期的影响

在呈贡新区不同工程场地岩土工程勘察报告的基础上,建立一维水平成层土层模型,分析该区域场地地震响应,研究该地区场地对地震动的放大作用及对设计地震动反应谱特征周期的影响,给出了不同地震作用时特征周期的变化范围,为建筑结构动力分析时合理地选取地震动参数提供参考。     

基于台阵记录的土层山体场地效应分析

选取2008年5月25日至8月7日期间由甘肃省文县上城山地形效应台阵获取的12次汶川地震余震事件(M_S≥4.0),在分析其地震动基本参数的基础上,采用参考场地谱比(RSSR)法和水平-竖向谱比(HVSR)法,研究了不同地震作用下上城山地形台阵的场地效应.分析结果显示:随着高程和覆盖层的增加,记录台站地震动的PGA呈增大趋势,地震频谱形状由宽变窄;上城山台阵记录到的地震波在地形基阶频段(2—4 Hz)和浅部土层频段(7—9 Hz)的幅值明显放大,RSSR曲线显示山顶NS向的土层频段谱比大于山体地形频段谱比;由于土层山体竖向地震动在中高频段放大,使得HVSR方法谱比结果在中高频段较RSSR方法所得结果明显偏低,而在山体基阶频段附近两种方法的谱比值接近.松散土层山体的台阵记录特征体现了地形和土层对地震动的联合作用,揭示了强震区起伏地形场地震害加重及地震滑坡集中发生的原因所在.      

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。     

基于谱比法的江苏强震动台站场地特征分析

选取江苏省强震动台网近年来获得的强震动记录,基于水平竖向谱比法(HVSR),计算了22个强震动台站的速度反应谱平均谱比曲线,采用谱比形状一致法进行场地分类,并结合典型台站场地的工程地质资料进行对比分析。研究结果表明,平均谱比曲线的卓越周期、场地放大等特征与台站场地地质资料相吻合,与传统场地分类方法相比,基于谱比法的场地特征分类方法能够突出不同场地的地震动反应特征,较好地体现了台站的场地反应特征。     

泉州盆地地震效应的二维非线性分析

基于ABAQUS显式有限元并行计算平台,采用大尺度二维精细化有限元非线性分析方法,研究泉州盆地地震效应特征.结果表明:(1)与基岩输入地震动相比,地表峰值加速度总体呈放大效应,且盆地不同位置的放大效应存在明显差异;(2)地表或基岩剧烈起伏及土层横向分布极不均匀处,地震动易产生局部聚集效应,相应地表地震动呈显著放大或缩小效应;地表加速度反应谱产生双峰甚至多峰现象.(3)在土层竖向、横向分布不均匀处,峰值加速度沿深度方向呈非单调递减,加速度反应谱沿深度存在较大差异.场地地震效应的二维非线性分析法能在一定程度上反映特殊场地条件对地震动效应的影响,该结果可为泉州盆地及类似盆地的场地设计地震动参数的确定提供参考依据.     

2019年6月18日日本山形县Mw6.7级地震场地非线性反应特征研究

强震作用下的土层非线性是研究场地效应的重要因素之一.选取2019年6月18日日本山形Mw6.7级地震中8个台站的主震及20次余震的强震动记录,采用主余震速度反应谱水平/垂直(HVSR)谱比,并结合非线性识别指标DNL、ADNL和PNL对主震中可能发生非线性反应特征的台站进行研究.结果表明:土体在强震动作用下场地卓越频率有向低频移动的趋势,体现了土层非线性反应的特征;非线性指标DNL和ADNL与地震动峰值加速度之间存在显著的相关性,但PNL对应关系不明显.     

甘肃地区三水准超越概率水平地震动峰值加速度关系与场地放大效应研究

通过对甘肃省158个场地安全性评价结果的分析,讨论了不同的超越概率下水平地震动峰值加速度之间的关系以及不同的场地条件对基岩峰值加速度的放大效应。结果对甘肃地区地震安全性评价中水平地震动峰值加速度的取值提供必要的参考。     

一种实时场地校正方法及其在地震预警中的应用

地震预警系统对地震数据处理的实时性要求极高。其系统数据来源除布设在基岩的测震台站外,还有大量非基岩场地的强震动台站和地震烈度仪台站,其场地影响不容忽视。为了考虑震级估算和地震动场预测中的场地影响,需实时对各种场地条件下的地震波形进行校正。目前处理一般使用某个标量来表征场地放大效应。本文采用一种实时的场地校正方法,首先计算目标场地与参考场地的谱比,然后通过最小二乘法、双线性变换将谱比转化为因果递归的无限冲激响应(IIR)时域滤波器,之后可以应用该滤波器进行实时场地校正。该方法考虑了场地放大系数的频率依赖性,相比于标量校正提高了准确度。应用我国四川和日本部分强震动台站记录,验证并讨论了这种实时场地校正方法在地震预警中的应用效果。     

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。     

人工拟合地震动时程参数对场地反应的影响分析

采用目标谱拟合法人工合成地震动时程,拟合过程中对包络线参数进行定量的变化,进行土层地震反应分析.根据其对场地反应的影响,讨论时程参数对人工拟合地震动时程的影响规律,为场地抗震设防参数的选取提供依据.研究结果表明:t1、t2和c不同时,所拟合的地震动时程对土层地震反应结果有较大影响,其影响程度与土层结构关系密切.     

地震放大效应与地下地质结构——龙门山山前玉皇观区域观测数据分析

通过布置于龙门山断裂带中段、龙门山山前玉皇观区域的地震观测台站阵列接收地震数据,研究该区域的地震动放大效应和地下地质结构.观测阵列共10台宽频带地震仪,分布在玉皇观河口冲积扇区域.分别采用参考场址谱比法(RSSR)和HV谱比法(HVSR)计算64个高信噪比近震数据的振幅谱比函数,结果显示在玉皇观区域具有较明显的地震动放大效应,并且局部场址效应显著.以S06场址为例,建立近地表地震地质模型,通过SH波放大效应正演模拟研究该场址的地震动放大模式.RSSR与HVSR的结果表明,两者所计算的场址放大效应主频一致,但是HVSR的放大峰值却比RSSR的放大峰值大一倍左右,表明HVSR的结果可能包含了波场在近地表低速层之下传播路径的改造作用.另外,采用27个远震P波的接收函数计算了该区域地壳上地幔S波速度结构.接收函数研究结果显示玉皇观地区的莫霍面深度为44 km,沉积盖层、结晶地壳和上地幔的S波速度分别为2.5 km·s~(-1)、3.5 km·s~(-1)和4.5 km·s~(-1).观测阵列台站之间的接收函数反演结果一致性较好,说明本研究区域范围内地形地貌等近地表结构因素的相对变化对接收函数的影响不大.     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

天津滨海软土场地的大震远场作用

利用天津滨海地区丰富的地震地质钻孔资料及测试数据,建立了相应的地震反应模型.选取美国加州1992年Landers地震的远场记录P0841作为基底输入,采用工程上常用的等效线性化方法进行了土层地震反应分析,以期对天津滨海软土场地的大震远场作用得到一些定性的认识．结果显示,天津滨海软土场地对远场大震地震动峰值加速度的放大作用比较显著,但不同场地条件放大作用有明显差异,Ⅳ类场地的放大效应明显减弱.对基岩与地表反应谱比的分析显示, 滨海场地对基岩地震动的不同频率分量的放大作用具有明显的不同,对短周期分量甚至出现了缩减,但当滨海软土场地受到与场地卓越周期相吻合的地震动影响时,可能会产生很可观的放大作用,这对建在其上的高层、超高层建筑可能会构成较大的威胁．      

Local Site Effects in the Town of Benevento (Italy) from Noise Measurements

— The study of ground motion amplification produced by surface geology is extremely interesting in the Benevento area, Southern Italy, as it is characterized by high seismic hazard. The present moderate-to-low seismicity makes the noise method appropriate to estimate the seismic site response in the area. The three components of seismic noise have been recorded in five sites in the Benevento metropolitan area characterized by different surface geology, in order to estimate the seismic site response. In evaluating site amplification effects we used the direct interpretation of amplitude spectra and standard spectral ratio techniques, evaluating sediment-to-bedrock, sediment-to-average and H/V spectral ratios. The temporal evolution of the noise spectra is analysed within one day, in order to assess the stationarity of the noise signal. The noise wavefield properties have been studied through polarization analyses in selected bands of frequency, where spectral peaks are observed to dominate, to better understand the real nature of those peaks. Results give evidence of low amplification levels, missing any correlation between spectral amplitudes and sediment thickness over the basement. We interpret this result as due to the poor impedance contrast between sediments and basement, which is characterized by low values of shear waves velocity. Moreover, sharp amplitude peaks are observed in the raw spectra of the sediment-sites, in the 2–4 Hz frequency band; a numerical simulation interprets this effect as possibly associated with a wide-scale structure, invoking the presence of a sharper impedance contrast at greater depth. At high frequencies the action of ambient noise sources, mainly active on horizontal components of motion, is retained dominant to generate the prominent peaks observed in the H/V spectral ratios; in some cases the presence of a near-surface low-velocity layer can contribute to amplify the seismic motion generated at these frequencies.     

THE EFFECT OF HARD INTERLAYER THICKNESS ONTHE SITE SEISMIC RESPONSE

Studies on the effect of near-surface overburden soil layers on seismic motion have shown that the overburden soil layers have a significant impact on the seismic effect of the site due to the formation age, genetic type, thickness difference, structure, and dynamic characteristics of the soil layers. In this paper, the one-dimensional seismic response analysis of a nuclear power plant site containing a thick hard interlayer was conducted to discuss the influence of the hard interlayer thickness on the site seismic response, so as to provide a basis for determining the seismic motion parameters for seismic design of similar sites. Based on the engineering geological data of a nuclear power plant site, five models of one-dimensional soil-layer seismic response analysis were built, and the equivalent linear method of the one-dimensional site seismic response was applied to analyze the effect of the interlayer thickness on the peak acceleration and the acceleration response spectra of the site seismic response. The seismic response characteristics of the site and influence rules of the hard interlayer thickness are summarized as follows:1)Under different input seismic motion levels, the peak acceleration at the top of the hard interlayer was less than the input peak acceleration, and the peak acceleration at the ground surface of site was greater than the input peak acceleration. 2)Under the same input seismic motion, the ratios of the peak accelerations at the top of hard interlayer to the input peak accelerations were smaller than the ratios of the peak accelerations at the ground surface to the input peak acceleration, and these ratios first decreased and then increased gradually with the increase of the hard interlayer thickness; while for the same hard interlayer thickness, these ratios gradually decreased as the input peak acceleration increasing. 3)For the same input seismic motion, the ratios of the peak accelerations at the ground surface of site to those at the top of the hard interlayer increased gradually as the hard interlayer thickness increased; however, corresponding to different hard interlayer thicknesses, the variation characteristics of ratios which are the peak accelerations at the ground surface of site to those at the top of the hard interlayer were inconsistent with the increase of the input peak acceleration. 4)The hard interlayer had a significant influence on the short-period acceleration response spectrum and the thicker the hard interlayer was, the wider the influence frequency band would be; while for a special hard interlayer thickness, the influence frequency band is certain, and the hard interlayer had little effect on the acceleration response spectrum coordinates outside this frequency band, the longer the period is, the less the influence of the hard interlayer on the acceleration response spectrum coordinates. The seismic response characteristics of the site and influence rules of the hard interlayer thickness indicate that the hard interlayer thickness has a significant impact on the peak acceleration and the acceleration response spectra of the site seismic response, and the hard interlayer has obvious isolation effect at the seismic motion, and the increase of its thickness reduces the nonlinear effect of the site and leads to the wider influence frequency band. Meanwhile, the higher the input peak acceleration is, the stronger the nonlinear effect of the site, and it's remarkable that the soft layer overlying the hard interlayer has a significant amplification effect on the seismic motion.