考虑场地效应的ShakeMap系统研究

本文主要以地表地质状况与地形(坡度)的相似性为原则,将中国大陆地区分辨率30″的地形DEM(数字高程模型)数据经过坡度计算后,利用坡度与Vs30(地表至地下30m处的平均剪切波速)的相关关系,得到各场点近似的Vs30值,再用Vs30量化地震动的场地放大系数。将由此建立的场地放大系数运用到本文研发的ShakeMap系统中,校正震后理论计算所得到的基岩地震动参数值,从而获得其地表土层上的地震动参数分布。本文还详细介绍了ShakeMap系统的计算流程、计算模型及相关的软件系统等。最后以应用实例表明ShakeMap系统在中国大陆地区是可用的。     

区域性场地V_s30及峰值加速度放大系数估算方法

地震动速报评估方法中常常考虑场地的影响,为了提高地形坡度模型的区域性地表30m的平均剪切波速Vs30估算精度,本文提出了基于工程钻孔资料的Vs30的修正方法。通过计算实际钻孔的Vs30值与坡度模型估算的Vs30值之间的残差,分析了残差的空间变化趋势,利用克里金插值对所研究区域的Vs30残差趋势面进行插值,并与估算的Vs30进行空间叠加,实现了Vs30的修正。选取K-net和Kik-net台网中台站的剪切波速资料和强震记录回归了峰值加速度放大系数与场地Vs30的经验关系,将其应用于基于ShakeMap框架的地震动快速评估系统绘制了汶川地震影响区域的基岩和地表加速度峰值,分析场地条件对于地震动的实际影响,结果表明区域性场地Vs30及峰值加速度放大系数估算方法具有一定的适用性。     

场地区域类别划分方法的应用分析

基于场地成因的场地分类方法主要是依靠大量的地质资料,建立地质条件和成因的场地分类矩阵[1],通过GIS完成场地类别划分。以遵义市为例,收集了比例尺为1:50万的地质图资料,借助Arcgis建立了遵义市地质数据库,结合地层年代和岩石坚硬程度等地质因素,完成了遵义场地类别划分,并根据实测钻孔对场地分类结果进行验证,分类结果大致正确。基于地形坡度的场地类别划分方法是利用DEM数据进行坡度分析,借助V_S30建立坡度与场地类别之间的关系,从而进行场地类别划分。获取了30 m精度的DEM数字高程数据,对其进行坡度分析,并建立了坡度与场地分类之间的关系,完成了美国标准下的遵义场地区域类别划分,并根据实测钻孔对场地分类进行验证,分类结果大致正确。     

使用高分辨率的地形数据作为地震场地条件替代指标的研究

近年来,从美国航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）30弧秒（arcsec）的数字高程模型（DEM）中提出一种估计全球地震场地条件或者地下30m的平均剪切波速（Vs30）的新方法。在缺少基于地质和岩土的场地条件分布图的地区,使用该方法的前提是通过Vs30的测量值和地形坡度的相关性,可以把地形坡度作为一个可靠估计Vs30的替代指标。在这里,我们来检验使用高分辨率（3弧秒和9弧秒）的数字高程模型数据是否能够解析出比使用低分辨率航天飞机雷达地形测绘数据更详细的Vs30数据。在全球范围内,并不能全部获得比30弧秒更高分辨率的数字高程模型数据。然而,在存在这些数据的许多地区,这些数据被用来解译地形坡度的精尺度变化,并最终解译Vs30。我们使用美国地质调查局地球资源观测和科学（EROS）数据中心的国家高程数据集（NED）,在美国几个地区研究使用高分辨率的数字高程模型数据来估计VS30,这些地区包括加利福尼亚州的旧金山湾地区、洛杉矶、加利福尼亚州及密苏里州圣路易斯市。我们将这些结果与全球范围内都能获取的台湾台北市使用9弧秒航天飞机雷达地形测绘数据的例子作比较。使用较高分辨率的美国国家高程数据集重新得到更精细尺度的地形坡度变化,这可更好地与地质和地貌特征相关联,特别是在丘陵—盆地之间的过渡带,确保使用30弧秒的航天飞机雷达地形测绘数据是可行的。然而,统计分析表明,与低分辨率地形所得到的Vs30测量值相比,测量值很少或者没有得到改善提高。这表明一些地形平滑处理可能会提供更稳定的Vs30估计。此外我们发现,在精度高于30弧秒的航天飞机雷达地形测绘数据有遮盖的地区高程变化范围过大,不能解译出可靠的坡度,特别是在较低坡度的沉积盆地．     

工程地震中的场地分类方法及适用性评述

文中对工程地震中常用的场地类别划分方法分两类进行了对比分析。一类为结构抗震设计规范中用于确定场地影响的标准化方法,主要介绍了中国、美国、欧洲及日本抗震规范中的场地类别划分方法、分类指标,对比分析了各指标(如剪切波速、覆盖层厚度等)存在的问题,并对中国新一代抗震规范中场地条件的划分提出了建议。另一类为地震危险性预测中确定场地影响的区域性的场地类别划分方法,主要介绍了目前研究较多的基于地质、地形、地貌等特征,并与抗震规范中的场地分类指标(一般剪切波速居多)建立对应关系进行区域性场地类别划分的宏观方法,同时还介绍了利用强震记录反应谱进行场地分类的方法。最后讨论了各自的优势、局限性以及适用范围     

2017年九寨沟MS7.0地震场地特征分析

场地条件对地震动具有较大影响, 研究不同场地条件下的地震动特征对地震动的校正具有重要意义。 本文以九寨沟地震为例, 收集了66个台站的198条三分量强震观测记录和SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)公里格网的DEM(Digital Elevation Model)数据, 从多个角度对场地特征进行分析。 首先根据坡度法使用DEM数据对九寨沟特征进行了场地分类, 然后讨论了不同场地类型下的加速度时程、 加速度反应谱、 地震动衰减等地震动特征。 研究表明, 缺少实测资料的情况下, 地形坡度可以作为Vs30(地表以下30 m范围的平均剪切波速度)的一种替代指标, 利用坡度法可以较快速地对场地进行分类; 利用强震观测记录能够从多角度对台站的场地特征进行分析, 不同场地类型对地震动影响不同, 其中, 土层对地震动具有明显的放大效应。 该结论可以为地震动结果的校正提供依据。     

基于场地卓越周期的V_(S30)估计方法研究——以川甘地区强震台站为例

地表以下30 m深度内的平均剪切波速V_(S30)是广泛用于地震动衰减关系和场地分类的场地条件参数,但是由于一些强震台站的场地钻孔资料不完备,无法获得V_(S30)参数,从而影响和限制了台站获得的强震记录被深入挖掘和广泛应用。以中国四川、甘肃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T_0与场地V_(S30)的关系,建立两者的经验模型。将本研究方法与其他方法估计结果相比表明:本文估计的V_(S30)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,且其对场地放大系数的影响规律更符合场地条件对场地放大影响的物理本质;本文方法估计的V_(S30)可以显著减小中国川甘地区场地放大系数的标准差,特别是在周期0.3 s时,减小幅度可达19%。此外,依据不同地区的场地资料,建立了根据场地周期T_0估计V_(S30)的经验模型,不同地区比较表明,经验模型之间存在明显的区域性差别。结论表明,本研究方法可为缺乏详细场地钻孔资料地区估计V_(S30)参数提供参考。     

基于决策树考虑地形特征的场地参数估计方法

发展基于地形特征的场地参数VS30估计方法因其具有重要应用需求而成为研究热点.以我国新疆维吾尔自治区和河北省的DEM数据和工程钻孔资料验证了基于决策树理论考虑地形特征的VS30估计方法在我国的适用性,检验方法的准确性和对DEM数据精度的敏感性.得到如下结论:(1)基于决策树理论考虑地形坡度、表面纹理和局部凸度划分了两个...     

基于地形坡度的场地分类方法在杭州市临安城区中硬、坚硬场地中的应用

选用浙江省杭州市临安城区作为试点区域,基于地形坡度、利用GIS平台对大区域尺度的工程场地分类方法在中小区域的中硬、坚硬场地分类工作中的应用展开研究.通过拟合前人研究数据初步给出地形坡度正切值与中国场地类型的对应关系,并利用收集的研究区域内勘察钻孔数据来验证该应用的可靠性.结果表明,基于地形坡度的场地划分方法在中小区域的...     

区域性场地地震动放大研究及应用

正场地类别的划分国际上大多采用场地地表以下30m的剪切波速vS30指标,场地vS30的测量通常是依靠打钻孔来实现的,然而区域性场地vS30仅依靠打钻孔显然不切实际,为此需要研究较为精确的方法对区域性场地vS30进行估算。vS30是量化地震动的场地放大系数的重要指标,其中场地的放大系数研究通常采用地表基岩参考场地谱比法,在此过程中基岩参考场地     

响应谱地震动预测方程中场地效应参数Vs30与场地周期的比较

最近的许多地震动预测方程（GMPE）都使用上30m土层的平均剪切波速度Vs30表示场地效应。然而,在一些研究发现V鹦。是表征场地效应合理参数的同时,另一些研究则给出了相反的证据。本研究使用日本的大地震动数据集对这两个场地效应参数的预测能力进行系统的比较。采用该方法的基础是使用场地周期（Ts,4倍剪切波从基岩到地表的走时）或Vs30对经验模拟场地效应的标准偏差和放大比振幅进行比较。模拟的场地效应除了包括地震动预测方程的场地效应项,还特别包括KiK-net台网的地表与井下记录之间的场地放大比。就KiK—net台网数据而言,对Ts〉0．6s的土层场地,Ts被确定是比Vs。。好的预测参数;而对T。〈0．6s的场地,这两个参数对放大比产生了相似的变异性。在所有场地类别的多数周期上,由地震动预测方程获得的场地效应,Vs30和Ts在统计上相等;而在一些谱周期上,Vs30产生了比Ts小的变异性。KiK-net台网地表一井下记录与地震动预测方程结果的矛盾可能由地震动预测方程中包括震源变异性、路径变异性和场地变异性的大变异性所致。相比之下,KiK-net台网地表一井下数据对的变异性小多了。虽然VS30。和Ts对地震动预测方程的数据产生了统计上相似的标准偏差,但瓦仍然获得了比Vs30更好的中值放大比。     

四川、甘肃地区VS30经验估计研究

目前我国建筑工程抗震设计规范中对于工程场地条件的判断依据主要是地表以下20m深度范围内土层的等效剪切波速,简称VS20。相比之下,国外应用较广的是地表以下30m深度范围内的等效剪切波速,简称VS30。这种差别导致国内科研工作者在应用国外的地震工程、工程抗震模型时经常遇到对场地条件描述不准确的困难。为了解决这个问题,本文根据147个四川、甘肃地区国家强震动台站20m左右深度的钻孔剪切波速数据,利用延拓方法、场地分类统计方法以及基于地形特征的VS30估计方法研究各台站VS30与VS20的经验关系,对比发现基于速度梯度延拓的结果最为可取。参考国际上通用的Geomatrix Classification场地分类标准,最终得到四川、甘肃地区各类场地的平均VS30,此结果可以为缺乏钻孔数据的工程场地的VS30估计提供参考。     

带有地质和地形约束的加利福尼亚州V_(S30)图

许多地震工程应用工作中,场地响应由直到30m深度的时间平均剪切波速(V_(S30))的经验关系式估计。因此这些工作要么依赖于特定场地的V_(S30)测量数据,要么依赖于全球、区域或局部尺度的V_(S30)图。由于V_(S30)测量数据稀少,所以我们通常需要代用值来估计未采样区域的V_(S30)值。我们给出了一幅计及像地质、地形与特定场地V_(S30)测量数据多源不同空间尺度观测约束的新加利福尼亚州V_(S30)图。我们使用回归克里格(RK)地学统计方法结合这些约束预测V_(S30)。对V_(S30)趋势,我们以基于地质的V_(S30)值开始,识别了两种清晰的介于地形梯度和地质V_(S30)模型残差的趋势。一种趋势适用于深、细砂第四纪冲积层,而第二种趋势略强,适用于更新世沉积单元。回归克里格框架确保形成的加利福尼亚州图在局部上精细地反映了整个加利福尼亚州快速扩展的V_(S30)数据库。我们比较了这种新制图方法与以前绘制的加利福尼亚州V_(S30)图的精度。通过比较使用我们的新图和现有图V_(S30)值的真实场景地震动区划图,我们也说明了地震动对新V_(S30)图的敏感性。     

联合钻孔资料及地形数据估算宝鸡地区v_S30

将地形数据经过坡度计算,利用坡度与v_S30相关关系,计算宝鸡地区场地近似v_S30。为了得到接近实际的波速分布,借助宝鸡地区钻孔资料,研究选定区域内v_S30近似值与实测结果的差异,并对差异的空间变化趋势进行分析,在此基础上,对模型估算的v_S30进行修正,进而得到接近实际的v_S30分布,并给出基于NEHRP的宝鸡地区场地分类。     

联合钻孔资料及地形数据估算宝鸡地区vS30

将地形数据经过坡度计算,利用坡度与v_S30相关关系,计算宝鸡地区场地近似v_S30。为了得到接近实际的波速分布,借助宝鸡地区钻孔资料,研究选定区域内v_S30近似值与实测结果的差异,并对差异的空间变化趋势进行分析,在此基础上,对模型估算的v_S30进行修正,进而得到接近实际的v_S30分布,并给出基于NEHRP的宝鸡地区场地分类。     

根据浅层剪切波速度剖面(深度<30m)估计V_S(30)的新方法

建筑规范中,地表到地下30m深度的走时平均剪切波速度[VS(30)]是场地分类的重要参数。利用在两个不同深度[VS(z1)和VS(z2),且z1z230m]下得到的走时平均剪切波速度,提出了用井孔中测量的浅层剪切波速度剖面估计VS(30)的新方法。选用剪切波速度剖面达30m的日本KiK-net台网594个井孔和美国加利福尼亚州的135个井孔的数据,通过VS(30)实测值与VS(30)估计值之间的相关性和用VS(30)估算值给出场地分类的准确性验证了该新方法的可靠性。结果显示,该方法可以提高VS(30)的准确度,且VS(30)的实测值与估算值之间的皮尔逊相关系数等于0.999,VS(30)的估算值给出的场地分类准确率大于96%,而z1≥10m,z2=25m。利用来自日本的数据研究了VS(z)的实测值与估算值在6个不同深度(50,100,150,200,400,600m)时的相关性,结果表明当所选的两个深度(z1,z2)接近某个深度z时,利用该假设方法估算的VS(z)(z≥50m)的准确度有所提高。相比Boore(2004)和Boore等(2011)的方法,新方法不需要对大量场地做回归分析以获得经验关系,没有区域性依赖,准确度有显著提高,且在世界的许多地方均有潜在的用途。     

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.     

工程地震中v_(S30)估算模型及其应用研究进展

在工程地震场地条件评价中,地表以下30m深度范围内的等效剪切波速(vS30)是一个重要的分类参数,但由于客观条件的制约,在很多实例中等效剪切波速度的计算深度未达到30m,因此如何更好地估算vS30就变得尤为重要。详细阐述vS30估算模型的演化发展:首先介绍基于钻孔测井数据的3类模型,即常速度外推模型、速度梯度模型、双深度参数外推模型;然后详述基于地质、地形坡度和地貌等替代指标的vS30估算模型,以及基于HVSR的反应谱比的估算模型。文章分析各模型的特点和适用性,同时在此基础上简述了vS30在现今工程地震领域的应用。     

Shakemap场地校正方法及其在云南地震动强度和烈度速报中的应用

将美国Shakemap场地校正方法用于云南地震动强度和烈度速报工作,通过分析Shakemap场地校正方法及其要点,将该方法应用于云南典型区域与实际场地情况进行对比分析,探讨了Shakemap场地校正方法相关参数问题,认为将该方法用于研究云南地区时应对相关参数做一些改进,首先要对其只基于地形坡度单指标的场地条件分类进行补充,即应该考虑V30S与多指标因素的相关性(如近地表地质状况、高程、距离河流的距离等)。同时,必须从实际场地情况出发考虑局部场地条件对地震动的影响,主要从盆地软弱土层、地质构造条件和局部砂土液化场地等方面修正局部场地条件对地震动的放大作用。这样,在完善理论计算结果的基础上结合对实际场地情况的修正,通过理论与实际双重的校正,达到提高预测结果精度的效果,为震后的应急决策提供有用的信息和帮助。     

两种表层土剪切波速等效方法对比研究

等效剪切波速是确定场地类别进而得到地表设计地震动参数的重要依据之一,不同等效方法的可靠性对比研究对工程建设的地震安全意义非常。调整典型人造场地、274个实际工程场地计算深度内的剪切波速排列顺序,讨论走时等效剪切波速(vse)以及周期等效剪切波速(vs T)二者对不同土层结构场地的灵敏性;对比采用vse、vs T两种指标对收集整理的200多个场地的场地分类结果,讨论vse、vs T两者在场地分类方面的一致性;放缩各场地模型各土层剪切波速,直至vse达到分类临界值,计算各场地的vs T。结果表明,计算深度内土层结构改变,vs T随之改变,而vse固定不变,即vs T相对于vse更能灵敏的反映土层结构对地表地震动参数的影响;利用vse、vs T两个指标对实际工程场地的分类结果具有高度的一致性,vs T作为场地类别的划分指标具有一定的合理性和有效性;vs T的计算结果比vse偏大,当vse达到临界值时,vs T很好的呈现为正态分布,以此得到二者统计意义的转化值。