土层平均剪切波速确定及其可靠性验证——基于钻井台阵强震动记录

震害资料显示,场地条件对地震动特性以及工程结构破坏程度影响显著。为减少因场地效应而造成的经济损失和社会影响,在进行场地地震反应分析时,需最大限度地减小因场地土层模型参数的不确定性引起的地震动评估偏差,为工程结构地震反应分析选取并生成适当的地震动输入。随着强震动观测技术的逐渐发展,大量可靠的钻井台阵记录为地震过程中场地观测点的动力反应提供了直接数据。以美国加州地区La Cienega钻井台阵强震动观测数据为基础,利用互相关函数,对不同强度地震作用下场地土层的平均剪切波速进行分析,并在此基础上,以Cyclic 1D为模拟平台,建立一维自由场地地震反应有限元分析模型。分析结果表明：通过钻井台阵地震动观测数据识别,得到场地平均剪切波速,能够反映该场地的动力特性,数值模拟计算结果和台阵地震动记录基本吻合,可为数值模型参数选取提供依据。     

山东地区地震动峰值加速度场地效应的定量分析

地震动峰值加速度场地效应研究在地震区划、地震预警及震害快速评估等方面有着广泛的应用前景。收集整理了2004—2012年山东地区2630个地震安全性评价工程的相关资料,包括场地类型、覆盖层厚度、钻孔剪切波速、自由基岩和土层表面地震动峰值加速度计算结果。利用上述资料计算得到了每个工程场地的场地效应放大因子和场地指数;采用回归分析方法,对场地效应放大因子与基岩峰值加速度、场地指数之间的关系进行了研究并得出了三者之间的定量统计表达式,实现了场地效应放大因子的连续取值。结果表明,场地效应放大因子与基岩峰值加速度之间为线性负相关,与场地指数之间为非线性相关。     

自贡西山公园山脊场地地形和土层效应数值模拟

利用自贡地形影响强震动观测台阵在汶川地震中获得的强震动记录,以位于山脚下基岩上的台站为参考点,采用传统谱比法对场地放大效应进行了初步分析;同时用显式有限元-有限差分方法模拟了自贡西山公园山脊场地地形和土层的地震动效应,并进行了数值模拟结果与强震动观测结果的对比分析.结果表明:上覆土层对地震动的放大作用相对于地形变化的放大作用更为明显;地形对地震动水平分量的放大效应要明显于对竖直分量的放大效应;采用二维模型对上覆土层的模拟与观测结果较吻合,对于基岩介质部分的模拟在低频范围内也能反映山脊地形对地震动的影响.     

山东工程场地地震动放大效应初步研究

工程场地岩土条件是影响地震动峰值加速度的主要因素之一.设基岩输入面的地震动峰值加速度为ar,经场地土层反应分析求得的地震动峰值加速度为aks,则场地土层地震动峰值加速度放大因子ks可由ks=aks/ar求得. 作为工程地震学的一个统计量,ks表征场地土层放大综合效应.     

基于KiK-net强震记录的场地调整系数估计

日本KiK-net强地震动观测台网记录了大量的地表和钻孔下基岩加速度记录,为保证统计结果的合理性,本文对这些强震数据进行了筛选,对震级,震中距,震源深度和地表峰值加速度大小做了限制,挑选了170次地震的1609组水平向强震记录,每一组数据包括各台站对应的地表和钻孔下基岩记录。利用这些强震数据,本文进行了的场地放大倍数以及场地影响系数与场地类别和峰值加速度的关系的统计,比较了3种不同有效峰值加速度EPA计算方法对场地放大倍数和场地影响系数计算结果的影响,结果表明:Ⅱ类场地对基岩的放大效应最大,Ⅲ类场地次之,Ⅰ类场地的放大效应最小;采用不同的有效峰值加速度EPA计算方法得到的计算结果有一定差别。最后论文给出了不同场地影响系数的建议值。     

2020年7月12日唐山古冶5.1级地震揭示的北京城区地震动场地效应分析

局部场地条件对地震动特性影响显著,深厚的软弱覆盖层引起的地震动场地效应会显著放大中长周期反应谱。采用谱比法,对2020年7月12日唐山古冶5.1级地震中获得的部分强震动记录进行统计,发现在本次地震中北京城区的地震动场地效应显著,深厚覆盖层明显放大了加速度反应谱,在T=1.2 s左右反应谱放大倍数可达4.0,说明北京地区的场地和盆地效应使得远场地震动的中长周期成分显著放大。此外,发现参考基岩场地记录是否与土层场地处遭受的基岩地震动一致,仍然是制约统计结果可靠性的关键因素。      

辽宁省地震重点监视防御区Ⅱ类场地放大效应研究

利用辽宁省地震重点监视防御区工程场地地震安全性评价工作中积累的大量实际钻孔和土工试验资料,在50年超越概率为63%、10%、2%三种地震动输入情形下,采用等效线性化方法研究了辽宁省地震重点监视防御区Ⅱ类场地土层的放大效应。研究结果表明辽宁省地震重点监视防御区50年超越概率10%的平均场地效应放大因子为1.37,若使用《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》认定的系数（1.25）将低估研究区域内的场地放大效应。50年超越概率2%情形即＂工程结构抗倒塌水准＂的平均场地放大效应因子为1.35。这些结果有益于为研究区域提供更为合理的抗震设防标准。研究同时发现,实际工程中使用单一变量或有限的几个变量去控制场地放大效应会有很大的离散,因此重大工程项目的地震安全性评价工作是不可被替代的。     

湖南中强地震活动地区Ⅱ类场地放大效应研究

利用工程场地地震安全性评价工作中大量实际钻孔和土工实验资料,建立了实际工程场地模型,在50年超越概率为63%、10%、2%共3种地震动输入下,采用SHAKE91和ELSSRA两种等效线性化方法,研究了湖南省Ⅱ类场地土层的放大效应.计算结果表明:湖南省50年超越概率10%的场地效应放大因子为1.30,若使用<中国地震动参数区划图(GB18306-2001)>认定的1.25系数,将低估湖南中强地震活动地区的场地放大效应.湖南省50年超越概率63%、10%、2%这3个设定水准的场地效应放大因子满足1.10:1.00:0.95的关系.这些结果有益于为湖南省提供更为合理的抗震设防标准.     

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。     

场地放大效应的估计

本利用唐山地区9个台站得到的13次近场地震记录分析了场地放大效应，其中一些站位于废弃的地下煤矿坑道内，最深的一个台站在地下822m处，首先检验确定了地面反射波对地下场地的入射波没有很大影响，在后利用地下基岩场地台站（－822m)作参考场地，用线性反演法来同时分离震源，传播途径和局部场地效应，结果发现：在1至10Hz的频段上S波品质因子Qs基本上与频率成正比；与以地面基岩场地作参考场地所得的结果相比较，地面基岩场地的反应并不是一常数，它在大于6Hz的高频段上有明显的放大作用，在本的研究事件中，在6至10Hz的频段上这个放大纱数约为2至4。这表明由于地面基岩场地本身的放大作用，将导致在作场地震动预测时会低估地震作用，最后采用一种新的非参考场地法，即遗传算法，用w^2震源模型来估计绝对场地效应。在本的研究结果中，对大多数台站场地来说，所得的绝对场地应应与以地下基岩台站作参考场地所得的相对场地效应十分一致。这表明这作场地震动分析时，当仔细考虑了反射波对入射波的影响后，地下或井下基岩场地是比地面基岩场地更合适的参考场地。     

基于汶川地震远场强震动记录的厚覆盖土层对长周期地震动影响分析

利用2008年5月12日汶川8．0级地震的远场强震动记录,研究太原盆地厚覆盖土层对长周期地震动的影响,并将其结果与地震安全性评价工作中的土层反应分析结果进行比较。结果表明：厚覆盖土层对长周期地震动有很强的放大作用,覆盖层厚度越厚,峰值出现的周期越大,而相对于基岩最大放大可达9倍左右。另外,对于厚覆盖层的场地,观测结果与场地地震安全性评价计算结果在一定的长周期范围内差别相当大,相对于基岩,观测结果的放大系数至少高于场地地震安全性评价计算结果的2倍以上,最大达到近9倍。     

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．      

土层与基岩场地地震动长周期成分的一致性分析

以3条人造合成地震动和3条强震动记录为地震动输入,建立了四类场地的6个土层地震反应分析模型,采用一维等效线性化波动方法,研究确定了覆盖土层厚度对地震动频带影响范围;并以日本kik-net三维台站强震动记录为基础,通过井下记录与地表记录反应谱的对比分析,对数值模拟结果进行了可靠性分析。结果表明:场地覆盖土层对某一频率范围内的地震动有显著放大作用,土层与基岩场地的周期大于6s的长周期成分具有较好的一致性。这一结论可为扩充研究基岩长周期地震动衰减关系的基础数据提供参考。     

基于汶川MS8.0地震强震动记录的山体地形效应分析

2008年汶川M_S8.0地震中, 固定和流动地形影响台阵记录到大量主余震记录, 本文通过对其均方根加速度、 相对持时、 频谱等要素进行分析, 讨论了山体地形效应的特征及其影响因素. 对于自贡西山公园地形台阵各测点的分析结果显示: 该台阵山脚基岩位置地震动的均方根加速度和相对持时明显低于山体周边土层场地和山体基岩测点; 随着高程的增加, 山体基岩测点的均方根加速度逐渐变大, 相对持时则变化不大, 傅里叶谱形状也大体一致, 在2.0—5.0 Hz频段内有所放大; 山体周边土层场地和山体地形对于相同地震动输入中不同频段内地震动能量的放大水平不同, 从而导致二者的地表地震动强度产生显著差异, 且前者对地震动持时的增加更加显著.      

弱震区土层对基岩峰值加速度放大效应的试验研究

以人工爆炸波作为震源,通过现场试验获得基岩和土层场地爆炸波地震动时程,分析场地覆盖层厚度对基岩地震动峰值加速度和地震动持时的放大效应。试验结果表明:土层对基岩地震动有放大作用,基岩峰值加速度放大系数受覆盖层厚度和土层结构的共同作用影响;地震动持续时间随覆盖层厚度的增加而显著增加,受覆盖层土层结构影响不显著。     

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

随着强震台网的密布及观测记录的增加,为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据,也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地,通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型,研究地震动特征,分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录,采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型,进行局部场地地震反应分析,预测该盲测场地的地表地震动特征,并与对应的实测强震记录结果进行对比,分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响,重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响,以期为地表地震动的合理预测提供参考。     

脉冲型地震动作用下典型珊瑚岛礁的场地放大研究

为研究南海地区珊瑚岛礁场地对地震动的放大作用特征,基于南海珊瑚岛礁几个代表性场地钻孔资料和60条近断层脉冲型强震记录,结合强震数据和土层地震反应分析结果讨论了地震动幅值水平和场地条件对场地放大的影响。根据地貌单元特性、地层岩性、成因和分布规律,得到4类工程地质场地,建立了一维土层地震反应分析模型并选取了土体动力参数,讨论了其在脉冲型地震动作用下地震反应特征。结果表明:从土层剪切波速来看珊瑚礁场地属于我国国家《建筑抗震设计规范》中的Ⅱ类场地;珊瑚礁场地对脉冲型地震动的放大倍数在1.6~2.4之间,放大明显的周期在0.2~0.8s之间。另外,对珊瑚礁礁坪区、泻湖区、沙洲区和灰沙岛区4类场地的地震反应分析表明:在脉冲型地震动作用下沙洲区场地放大倍数小于其他区;灰沙岛区在周期为0.3s左右时场地放大倍数明显大于其他区。研究结果整体反映了珊瑚礁场地对脉冲型地震动的场地放大特征,可对珊瑚礁的开发建设提供参考。     

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。     

爆炸波土层动力响应对比分析

以人工爆炸波为震源,通过现场测试获取基岩及土层的地震动参数,并采用等效线性化分析方法计算相应的地震动参数用于与实测结果进行对比分析。峰值加速度对比结果表明,等效线性化分析方法对于Ⅱ类场地的适应性较好,计算结果与实测结果非常接近,而Ⅲ类场地的计算结果与实测值之间存在较大的误差。加速度反应谱的对比结果表明,无论是计算结果还是实测记录,加速度反应谱的峰值均比基岩输入的要大,且土层反应计算的结果小于实际记录;加速度反应谱的宽度与场地类别关系密切,Ⅲ类场地明显比Ⅱ类场地要大,两类场地的计算结果也均小于实测值。     

新疆乌恰2次5.1级地震加速度记录特征对比分析

分析新疆乌恰两次5.1级地震4个强震台的强震动记录,第1次地震4个台记录卓越频率在4.25 Hz-13.59 Hz;第2次地震4个台记录卓越频率为2.45 Hz-3.61 Hz.从谱比曲线可以看出,2次地震在同一观测场地的场地效应基本相似,基岩台场地效应在高频部分有明显放大作用,土层场地在高频部分有明显的减小作用.