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。     

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。     

土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响分析——以Ⅲ类场地为例

本文选取山东地区2个Ⅲ类场地的工程地质勘探及土层剪切波速等资料,将土层厚度按5个深度段,每个分段给出了4个土层剪切波速的改变量,通过改变不同深度段土层剪切波速,建立了19种土层地震反应分析模型,分析了不同深度段,不同概率水平下土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究表明,不同深度段土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响有差异。具体表现为,土层剪切波速的改变在1—10m、11—40m和地震输入界面处三个深度段对地震动加速度峰值影响较大;其中,41—70m和71—100m两个深度段剪切波速的改变对地震动加速度峰值影响小;在土层深度1—10m时,剪切波速降低,峰值变大,剪切波速的改变与峰值的改变呈负相关;在其它深度段,剪切波速降低,峰值变小,剪切波速的改变与峰值的改变呈正相关。剪切波速的改变在1—10m和11—40m两个深度段对地震加速度反应谱影响较大;在41—70m、71—100m和地震输入界面三个深度段对地震加速度反应谱影响很小。     

控制性深孔地震输入界面位置的确定方法和影响研究

探讨了在工程场地地震安全性评价的地震反应分析模型中,江苏省盐城地区部分工程场地内深度超过100m时剪切波速仍小于500m/s的控制性深孔,采用近似估算方法弥补所缺波速值和确定地震输入界面后,进行波速值和地震输入界面位置的不确定性对工程场地地震反应的影响研究,包括地表地震动峰值加速度和反应谱特征周期等,为其他地区控制性深孔的地震输入界面位置的确定方法和影响研究提供参考。     

地震动输入界面处剪切波速对加速度峰值的影响

利用目前工程上广泛应用的一维土层地震反应计算程序对成都平原某典型卵石场地剖面进行了计算,得到了不同输入地震强度下的加速度峰值随输入界面处剪切波速增大的变化规律。结果表明,无论是地表加速度峰值,还是地下5m处的加速度峰值,在相同的地震动输入强度下,均随着输入界面处剪切波速值的增大呈对数形式增大。且在小震输入下的增加速率最快,中震输入下的增加速率次之,大震输入下增加的速率最慢。当地震动输入界面处剪切波速值从500m/s增加至800m/s时,加速度峰值均增大20%以上,最大达到32%。统计得到的二者间的经验关系式,可作为本地区具有相似场地条件工程换算加速度峰值的经验公式,为工程抗震设计人员提供参考。     

输入界面对反应谱特征周期的影响

为了研究输入界面对反应谱特征周期的影响,在研究我国数百个工程场地钻孔资料的基础上,选取了5个有代表性的土层剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析方法(一维等效线性化波动方法),计算了这些场地在6种不同强度地震动时程输入下的反应谱特征周期。结果表明,当覆盖土层厚度薄时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而减小;当覆盖土层厚度一般时,特征周期随输入界面剪切波速的增大没有一定的规律;当覆盖土层厚度很厚时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而增大,特别是输入地震强度较大时,增速较快;改变基岩剪切波速,对特征周期影响很小。     

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。     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.     

不同深度土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响分析——以Ⅱ类场地为例

以Ⅱ类场地为例,选取了山东地区2个场地的工程地质勘探及剪切波速等资料,通过改变不同深度段波速,分别建立土层模型,计算分析了不同深度段、不同概率水平条件下剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究结果表明,剪切波速的变化对场地地震动加速度峰值影响在浅层影响最大,基岩输入面处次之,深层最小;对特征周期的影响,在浅层影响最大,深层次之、基岩输入面处最小。研究结果为进一步研究土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响及合理确定场地地震动参数提供一定的参考。     

苏州城区深软场地土剪切波速与土层深度的经验关系

苏州地处长江下游冲湖积平原,第4系沉积土层发育,土层深厚、松软,远震、大震的长周期地震动对苏州城区的重大工程有可能造成严重震害.结合海侵地质成因,分析了苏州城区深软场地52个钻孔剖面的剪切波速资料,发现剪切波速与土层深度的关系:40m以上浅土层基本符合线性函数分布,40m以下深土层基本符合幂函数分布;依据考虑和不考虑土体分类2种情况,给出了采用线性函数、幂函数分段形式拟合的苏州城区深软场地剪切波速随土层深度变化的经验关系,为苏州城区深软场地重大工程建设的场地地震效应评价提供了有益的基础性资料.     

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。     

金银岛岩土台阵原位剪切波速剖面评估

土层的剪切波速是描述土动力学特性的重要参数之一。利用金银岛岩土台阵记录的8次浅源地方震的弱震动数据,使用解卷积的地震干涉测量法识别的剪切波走时,评估了该台阵两个水平方向的原位剪切波速剖面。结果表明:在44.2m深度以上,估计与实测的平均剪切波速剖面基本一致,而在44.2m到103.6m深度范围前者大于后者;本研究估计的平均剪切波速剖面比MEHTA等（2007）估计的平均剪切波速剖面更接近实测结果,在44.2m到103.6m深度范围,本研究估计的平均剪切波速与MEHTA等（2007）估计的平均剪切波速相近,二者均大于实测的平均剪切波速。     

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.     

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。     

强震动台站的场地V_(S30)估计及场地放大系数模型研究

场地条件对地震动具有显著影响,是确定抗震设计地震动参数时需要考虑的重要因素,因此,探究场地条件对地震动的影响规律具有重要意义。地震作用下产生的地面运动(地震动)是震源特征、路径特性和场地特征三方面因素的体现,其直接、客观地反映了场地条件对地震动的影响,因此是研究场地条件影响机制的重要数据基础。虽然目前全球强震记录较为丰富,但是受限于强震台站场地资料的完整性,大量已获取的强震记录无法应用,进而严重制约了对场地条件影响的研究。为了改变这一现状,本文提出了通过强震记录及部分台站的剪切波速数据估计缺乏勘测试验数据、或钻孔深度小于30 m的强震台站的场地条件参数V_(S30),利用日本、美国加州等地区强震资料对方法的效果进行检验。将方法应用于中国西部地区,估计了部分强震台站的场地参数V_(S30)。在确定中国西部地区台站场地V_(S30)的前提下,以其为变量建立了定量估计场地放大系数的经验模型。完成的主要工作包括以下几方面:(1)通过广义反演技术获取了强震台站的场地放大,再利用均方根阻抗比方法,建立了不同强震台站的场地1/4波长深度内等效剪切波速间的关系,根据剪切波速已知的台站,确定了缺乏剪切波速数据的台站的场地V_(S30)。利用日本、美国加州和中国西部地区的强震资料验证了估计方法的效果。将方法应用于中国西部地区,确定了部分强震台站的场地V_(S30)。(2)基于台站场地的浅层(深度小于30 m)土体剪切波速以及单台场地放大曲线,提出了确定钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)的方法。利用日本、美国加州等地区的强震资料验证了估计方法的效果。该方法避免了估计V_(S30)时对速度梯度延拓模型的依赖。将方法应用于中国西部地区,确定了部分钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)。(3)以中国西部地区强震台站的场地资料和数据为基础,通过分析场地卓越周期T0与场地V_(S30)的关系,建立了两者的经验模型。利用经验模型确定了中国西部地区缺乏剪切波速、且不满足广义反演前提的台站的场地V_(S30)。将经验模型与其他方法估计结果相比较表明:经验模型估计值在表征场地放大方面具有优势,其与场地放大系数之间表现出更强的相关性,利用其估计场地放大系数的离散性更小。(4)以中国西部地区实际钻孔资料为基础,利用数值方法研究了土体非线性特性对场地放大系数的影响规律,结合强震记录建立了考虑土体非线性效应的场地放大系数模型。对模型结果的分析表明,该模型符合中国西部地区场地条件对地震动的影响规律。利用包含这一场地放大系数模型的衰减关系计算了加速度反应谱,结果表明衰减关系能够反映土体非线性反应对加速度反应谱的影响。     

苏州城区场地等效剪切波速计算深度取值探讨

鉴于场地等效剪切波速的计算深度是否需要由地表以下20 m增至30 m的争论尚未有定论,依据苏州城区场地143组实测剪切波速资料的统计分析,对GB50011-2010《建筑抗震设计规范》场地类别分类标准与欧美抗震设计规范场地分类标准进行了对比,比较了苏州城区场地等效剪切波速计算深度取为20 m和30 m的差异性,结果表明:苏州城区场地剪切波速在地表以下20 ～ 60m范围的变异性较大,采用分段函数描述剪切波速随土层深度的变化关系是合适的;Ⅲ类场地等效剪切波速大小的分布偏向Ⅲ类场地类别的下界限值,当计算深度由20 m增至30 m时,场地等效剪切波速的均值增大16％,如果直接沿用欧美规范的场地分类界限值,将会整体提高苏州城区场地类别的划分标准,苏州城区Ⅲ类和Ⅳ类场地的等效剪切波速分界值取为170 m/s是适宜的.     

基于KiK-net台站的中美场地类别对比分析

以日本KiK-net台站场地剪切波速资料为基础,分别按照中、美抗震规范的场地类别划分标准,确定了661个台站的场地类别;选择了覆盖层厚度不小于20 m的180个台站的等效剪切波速资料,采用最小二乘法,建立了Ⅱ类和Ⅲ类场地的VS20和VS30统计公式,探讨了中美场地类别的对应关系。所得的结果为我国确定场地设计地震动参数时强震动资料的选取提供了依据,并为吸纳美国场地设计地震动参数成果提供基础。     

剪切波速不确定性对地表反应谱平台值的影响

剪切波速不确定性对场地地震反应具有显著的影响。基于不同场地类别的228个实际工程场地剖面,采用一维等效线性化波动分析程序LSSRLI-1。研究了不同地震动输入下土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响;提出了用地表反应谱平台值变化率表征剪切波速的不确定性引起的地表反应谱平台值的相对改变量;建立了地表反应谱平台值变化率与剪切波速变异率之间的函数关系;建议了考虑土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值影响的修正公式,并给出了相应的修正系数,所得到的成果为工程抗震设计定量考虑剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响提供了科学依据。     

剪切波速在福州地铁6号线场地分类中的应用

剪切波速是结构抗震设计中确定地震动参数的重要依据。利用福州地铁6号线沿线场地各土层剪切波速数据,给出福州地铁6号线沿线六类土层的949个测点的剪切波速统计分析及土层纵向变化情况。用三种不同规范计算不同深度范围内的等效剪切波速,对地铁沿线场地进行类别划分和对比,有助于6号线地铁建设乃至未来福州市地铁6号线沿线区域的工程建设。     

工程场地分类中等效剪切波速计算深度问题的讨论

根据中国华北、华东、华南、东北和西北等地918个实测钻孔资料的计算统计,探讨了工程场地分类中等效剪切波速计算深度取值20m和30m的实际差别,并对中国、美国、欧洲现有规范利用等效剪切波速进行场地类别划分的方法特点和具体指标进行了对比讨论。结果表明:1)计算深度由20m增加至30m时,钻孔等效剪切波速值的增大范围约为15～50m/s,平均增加值为25m/s;2)与欧美规范相比,中国现行规范(GB50011-2001)在划分场地类别时要求同时考虑20m计算深度的等效剪切波速值和覆盖层厚度,而在许多实际工程中,因较准确的覆盖层厚度不易获取而难以具体进行场地分类。因此,有必要借鉴欧美规范,通过增大等效剪切波速的计算深度至30m来强化该指标在场地类别判定中的作用