土层特性变异性对场地传递函数的影响

选取日本Kik-Net强震数据库中软（FKSH14）、硬（FKSH12）两类场地,建立场地概率模型。应用Monte Carlo技术随机生成50组场地剖面,分别计算场地的传递函数STF及STF标准差,讨论场地土层厚度、剪切波速,以及两者组合工况对场地传递函数的标准差的影响。结果显示：对于硬土场地,场地特征频率标准差相对于软土场地较大,且剪切波速变异性的影响略大于土层厚度变异性的,两者组合工况的影响最大;而对于软土场地,土层厚度、剪切波速变化工况下,场地特征频率的标准差相当,略低于两者组合工况;对于软、硬两类场地,土层厚度与剪切波速两者组合工况下的STF标准差略大于单一量变化工况,但3种工况下的场地STF标准差相差不明显;场地STF标准差在场地自振频率附近的频率段取值较大,极值点与场地STF的极值点相对应;基于实际地震记录的场地传递函数标准差高于模拟的结果,但是两者极值点对应的频率范围吻合。     

汶川地震余震震源参数及地震动衰减与场地影响参数反演分析

基于强震动观测台钻孔数据, 统计得到了四川、 甘肃地区20 m深的浅硬土层场地平均剪切波速模型． 通过与美国加州地区的波速模型对比, 结合四川、 甘肃地区地震预报的地壳模型, 延拓剪切波速模型至40 km． 应用四分之一波长法计算了浅硬土层场地的平均场地放大系数． 利用场地放大系数, 消除13次余震中浅硬场地的台站场地响应, 反演了龙门山断层上、 下盘的介质品质因子以及13次余震的有效应力降． 通过与普通土层场地的强震动记录对比, 对浅硬土层场地的放大系数进行调整, 得到了深厚土层场地的平均放大系数．      

1/4波长法和水平垂直谱比法场地放大反应差异性分析——以西克尔镇为例

利用土层剪切波速数据及强震动记录，分别采用1/4波长法及水平垂直谱比法，得到了西克尔镇场地放大反应曲线。对比发现1/4波长法可以较好的估计场地放大反应，但不能准确估计场地卓越频率；水平垂直谱比法可以较好估计场地卓越频率，但得到的场地放大反应偏小。在研究区，水平垂直谱比法估计场地放大反应偏小约1～2.5倍，尤其是周期在0.08～0.2 s范围内，场地放大反应偏小2.5倍左右。     

和田市土层剪切波速与土层埋深关系统计分析

收集和田市土层钻孔剪切波速实测数据,按照地貌单元划分,按不同岩性分别采用线性函数模型、一元二次函数模型及幂函数模型等三种模型进行土层剪切波速与土层埋深的统计回归分析,给出拟合参数和拟合优度R2,从而得到和田市各工程地质单元各类土层剪切波速与土层埋深关系公式。并对统计回归分析结果进行了显著性检验,此基础上计算出场地覆盖层厚度计算值,将土层剪切波速预测值与实测值、覆盖层厚度计算值与实测值进行对比,验证统计回归关系式的合理性和适用性。结果表明,统计分析得到的和田市城区各工程地质地貌单元各类土层剪切波速与土层埋深关系公式较为准确可靠。     

抗震规范等效剪切波速简化算法适用性研究

我国现行抗震设计规范中推荐采用走时等效原则来计算土层场地的等效剪切波速,并以此作为场地类别划分的主要依据之一,但是该简化算法无法反映土层结构和软弱夹层对场地动力效应的影响。本文以等效过程不改变场地卓越周期为原则,提出场地整体动力效应等效剪切波速的概念及计算流程。从成层介质中波动传播的基本理论出发,通过传递函数给出场地频响曲线进而确定其卓越周期,在此基础上得到等效剪切波速标准值。给出了120个构造场地和394个实际场地上按规范法计算所得等效剪切波速偏差分布,结果表明在含有极端软夹层的场地上使用规范推荐方法会使计算结果显著偏大,最大偏差可达60%,而在正常的渐硬型场地上结果极有可能偏小,最大偏差可达-40%,平均偏差-20%,且随土层间阻抗比的增大偏差有增大的趋势。这说明规范方法具有一定程度的局限性,研发能够考虑场地土层结构的等效剪切波速简化计算方法是十分有必要的。     

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。     

土层剪切波原位测试的误差分析及减小方法

弹性波在土层中的传播速度是反映土的动力特性的一项重要参数,根据波速测试的实测地层波速,场地土层剪切波速度不仅能为提供场地土的动力参数,成为地震反应分析的重要基本参数,同时也是场地分类法中划分场地类别的重要依据。本文根据误差分析理论,分析土层剪切波测试的误差来源及影响程度,通过作者十余年从事大量工程的波速测试工作工作经验,提出减小误差的具体方法。     

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。     

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。     

基于反卷积干涉法的土层地震反应特性研究

美国阿拉斯加安克雷奇德兰尼公园的土层地震反应观测台阵建有6个井下观测点和1个地表观测点, 每个观测点设置一个三分量加速度传感器, 该台阵建成后记录了多次地震事件. 本文通过反卷积地震干涉法对这些地震记录进行土层反应分析, 根据该分析结果提取土层结构的等效剪切波速和阻尼比. 所有层位的地震记录对地表记录的反卷积波形均反映出在土层中传播的上、 下行波, 其上行与下行至每一层的时间差别明显. 根据每一层的到时差, 确定土层中的等效剪切波速和分层等效剪切波速, 该结果与现场土层等效剪切波速测试结果吻合较好; 根据等效剪切波速计算出的土层卓越频率, 其一致性亦较好; 根据上、 下行波的峰值分析确定该场地土层的等效阻尼比, 也与软土的阻尼比经验值相当. 这些参数为后续的土层反应模拟和土结相互作用研究奠定了良好的数据基础. 结果表明, 反卷积干涉法能够用于土层反应分析和土层地震反应特性的提取.      

土层剪切波速与埋深关系统计分析和应用

一般认为土层剪切波速与埋深关系的回归公式主要用于对当地土层剪切波速值的初步估计。为了提高钻孔波速测试数据的应用价值,基于土层剪切波速与埋深关系的主要数学模型及其拟合参数,推导了场地覆盖层厚度计算公式、等效剪切波速计算公式和时深转换中反射波组埋深计算公式。以河南省长垣县场地为例,采用上述新公式计算获得的场地覆盖层厚度值、等效剪切波速值可满足工程需要。并提出应用这些新公式的步骤为:1)依据场地相关资料划分地震工程地质单元;2)对同一个地震工程地质单元内的钻孔波速测试数据进行统计分析,综合判别和选择土层波速与埋深统计关系的数学模型及其拟合参数;3)将选择的数学模型的拟合参数分别代入上述的新公式,即可分别获得场地覆盖层厚度、等效剪切波速或地层反射波组埋深。     

确定场地土层速度结构的改进半波长法

地球物理反演浅地表土层波速剖面通常基于初始速度结构模型,为避免对地勘资料产生较多依赖,充分利用地震和背景噪声等被动源观测记录,快速简便地构建出土层反演的初始模型,本文基于场地土层的频散曲线和水平与竖向谱比提出了一种改进半波长法。该方法首先通过水平与竖向谱比确定场地土层的卓越频率,获取场地覆盖层厚度,确定反演所需的频带范围;其次,利用瑞雷波相速度对剪切波速的偏导数随土层深度的变化规律反演出场地的初始速度结构,并结合工程场地勘探中的半波长法,对常见的三类典型土层模型和日本Kushiro场地实测模型进行了实例分析;最后,将反演得到的速度结构与理论或实测速度结构进行误差对比分析。结果表明:改进半波长法获得的初始速度结构相对于理论或实测速度结构的最大误差不超过35%,可为利用地球物理方法反演工程场地波速剖面构造一个较小的搜索模型空间,进而提高反演计算的速度和结果的可靠性。      

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。     

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.     

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。     

土体参数对地表加速度峰值和反应谱的影响

运用一维土层地震反应的等效线性化波动方法,研究了单层均质土密度、动剪切模量比和阻尼比、土层厚度和土层剪切波速等参数变化对土层地表加速度峰值和反应谱的影响,所得到的结论对于指导地震安全性评价中的勘察试验工作、提高土层地震反应的计算精度具有一定的参考价值。     

土层参数的随机性对场地传递函数的影响

本文采用秦勒级数展开估计土层参数随机性对场地传递函数的影响。对单层土模型在土层参数服从独立高斯分布假定下进行了公式推导和实例计算,比较了不同的泰勒级数阶次、土层参数变异系数以及阻尼比对传递系数随机性的综合效应。结果表明,即使在小参数摄动范围内采用一阶泰勒级数也是不够的;一般情况下采用二阶泰勒级数即可给出满意的估计。     

北海市土层剪切波速与埋深的关系

收集了2008年以来北海市城区44个工程场地地震安全性评价中的土层剪切波速测试资料,采用幂函数模型分别对粘土、粗砂、砾砂、其它土类的土层剪切波速与埋深进行加权回归分析,得到不同土类的模型参数及拟合优度指标(判定系数R2和误差标准差σ),并对回归方程和回归系数进行了显著性检验;最后将土层剪切波速预测值与实测值进行对比,验证回归关系式的合理性和适用性。结果表明:北海市城区土层剪切波速与埋深呈现出较好的幂函数关系,拟合优度均在0.81以上;给出的土层剪切波速回归关系式能较好地预测出不同埋深土层剪切波速,特别是在土层中部和底部推测结果准确性更高,其推测结果可供北海市城区缺乏剪切波速测试资料的场地参考使用。     

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。     

剪切波速测试方法的现状分析

目前测试场地土层剪切波速的方法有单孔法、跨孔法、瞬态面波法和稳态面波法,它们适用于各种工况。对各种波速测试方法进行了系统总结,指出其适用范围及优缺点。介绍了随钻地震这种新的原位测试方法,论述了该方法的应用前景。