區(qū)域性場(chǎng)地地震動(dòng)放大研究及應(yīng)用

史大成

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

區(qū)域性場(chǎng)地地震動(dòng)放大研究及應(yīng)用

史大成

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

場(chǎng)地類別的劃分國(guó)際上大多采用場(chǎng)地地表以下30 m的剪切波速vS30指標(biāo)，場(chǎng)地vS30的測(cè)量通常是依靠打鉆孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然而區(qū)域性場(chǎng)地vS30僅依靠打鉆孔顯然不切實(shí)際，為此需要研究較為精確的方法對(duì)區(qū)域性場(chǎng)地vS30進(jìn)行估算。vS30是量化地震動(dòng)的場(chǎng)地放大系數(shù)的重要指標(biāo)，其中場(chǎng)地的放大系數(shù)研究通常采用地表基巖參考場(chǎng)地譜比法，在此過(guò)程中基巖參考場(chǎng)地的選取到底采用哪些標(biāo)準(zhǔn)比較合理還值得深入研究。另外對(duì)于地表和井下強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)陣，采用井下基巖參考場(chǎng)地譜比法估算土層場(chǎng)地放大存在的問(wèn)題也有待解決。場(chǎng)地放大在建筑抗震設(shè)計(jì)中也給予了充分的考慮，然而我國(guó)當(dāng)前抗震設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有完全考慮不同場(chǎng)地條件下地震動(dòng)的顯著差異，對(duì)于不同場(chǎng)地類別僅改變?cè)O(shè)計(jì)反應(yīng)譜形狀，平臺(tái)值沒(méi)有改變。因此，如何得到基于中國(guó)場(chǎng)地分類的場(chǎng)地放大系數(shù)對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的平臺(tái)值進(jìn)行調(diào)整十分關(guān)鍵。另外，近年來(lái)隨著長(zhǎng)周期建筑物的增多，對(duì)長(zhǎng)周期地震動(dòng)場(chǎng)地放大特征和我國(guó)抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段的可靠性進(jìn)行研究具有重要的意義。目前，我國(guó)地震動(dòng)生成系統(tǒng)技術(shù)手段比較落后，開(kāi)發(fā)考慮場(chǎng)地放大效應(yīng)的新型地震動(dòng)生成系統(tǒng)有待進(jìn)一步探索。本論文主要圍繞以上幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行選題，研究?jī)?nèi)容摘要如下：

（1）區(qū)域性場(chǎng)地vS30估算與PGA放大系數(shù)研究。提出了綜合考慮地質(zhì)和地形坡度的場(chǎng)地vS30估算方法，以廣東省區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象繪制了該區(qū)域場(chǎng)地vS30分布圖。并結(jié)合工程鉆孔資料提出了基于鉆孔的場(chǎng)地vS30的修正方法，借助該方法實(shí)現(xiàn)了廣東省和汶川區(qū)域場(chǎng)地vS30的修正。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到vS30與峰值加速度放大系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，繪制了汶川區(qū)域的場(chǎng)地放大系數(shù)和PGA分布圖，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地vS30估算和修正方法，提高了區(qū)域性場(chǎng)地vS30估算精度，該成果具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

（2）標(biāo)準(zhǔn)參考場(chǎng)地選取與深度校正模型。通過(guò)對(duì)基巖場(chǎng)地場(chǎng)地放大效應(yīng)的研究，分析了歐美基巖參考場(chǎng)地選取指標(biāo)vS30的局限性，給出基巖參考場(chǎng)地的選取應(yīng)同時(shí)采用vS30和卓越頻率f0雙重標(biāo)準(zhǔn)，并驗(yàn)證了采用雙重指標(biāo)的合理性。對(duì)于地表和井下臺(tái)陣，為了克服井下基巖參考場(chǎng)地譜比法缺陷，分析了井下基巖參考場(chǎng)地譜比法計(jì)算場(chǎng)地放大系數(shù)時(shí)鉆井深度造成的影響，提出了井下基巖參考場(chǎng)地譜比法深度校正模型，并分析了該模型的合理性，得出深度校正模型對(duì)井下基巖參考場(chǎng)地譜比法計(jì)算場(chǎng)地放大效應(yīng)十分可靠。

（3）中國(guó)場(chǎng)地分類標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地放大系數(shù)研究。為了得到我國(guó)抗震規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的場(chǎng)地放大系數(shù)短周期Fa和中等周期Fv，在獲取133個(gè)日本Ki K-net臺(tái)網(wǎng)地表與井下臺(tái)站強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)和鉆孔資料的情況下，按照中國(guó)的場(chǎng)地分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Ki K-net臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站場(chǎng)地進(jìn)行了分類。利用井下基巖參考譜比法、深度校正和幾何平均，得到每個(gè)臺(tái)站場(chǎng)地的平均譜比。計(jì)算平均譜比在0．1～0．5 s和0．5～2．0 s周期范圍內(nèi)的平均值，按照Ⅰ類基巖場(chǎng)地放大系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到短周期Fa和中等周期Fv，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)本文的Fa和Fv較為合理，該成果對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜平臺(tái)值的調(diào)整非常有效。

（4）厚覆蓋土層場(chǎng)地放大特征分析。在獲取汶川“5·12”地震主震和余震強(qiáng)震記錄的基礎(chǔ)上，計(jì)算了渭河盆地27個(gè)臺(tái)站強(qiáng)震記錄東西與南北向的PGA和周期分別為0．1、5．0和10．0 s反應(yīng)譜值，采用空間插值法分析了PGA和不同周期反應(yīng)譜值空間變化的宏觀特征，結(jié)果表明，渭河盆地第四紀(jì)覆蓋層厚度對(duì)長(zhǎng)周期地震動(dòng)具有一定的控制作用。為了對(duì)長(zhǎng)周期地震動(dòng)特征進(jìn)行深入研究，分別對(duì)比分析了加速度反應(yīng)譜隨場(chǎng)地、震級(jí)和距離因素影響的變化規(guī)律，并將汶川地震主震C＋D類場(chǎng)地反應(yīng)譜與我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范Ⅱ類場(chǎng)地反應(yīng)譜進(jìn)行比較，認(rèn)為現(xiàn)行規(guī)范譜應(yīng)用于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)顯然有不足之處。本文的研究成果對(duì)抗震設(shè)計(jì)地震波選取和考慮長(zhǎng)周期部分的可靠性具有一定的意義。

（5）考慮場(chǎng)地特征的地震動(dòng)快速生成系統(tǒng)。概述了我國(guó)強(qiáng)震觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了準(zhǔn)實(shí)時(shí)地震動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)中斷層、極震區(qū)和宏觀震中快速評(píng)估方法，結(jié)合本文區(qū)域性場(chǎng)地vS30估算和場(chǎng)地放大系數(shù)成果，開(kāi)發(fā)了考慮場(chǎng)地特征地震動(dòng)快速生成系統(tǒng)。

剪切波速；場(chǎng)地放大系數(shù)；參考場(chǎng)地選取；深度校正；長(zhǎng)周期地震動(dòng)；地震動(dòng)

（作者電子信箱，史大成：shidacheng2002＠163．com）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．014