土層反應分析中基巖輸入面的深度對結果影響的分析

劉艷春 霍 魁 曾金艷 馬秀芳 高云峰

(山西省地震局，山西 太原 030002)

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土層反應分析中基巖輸入面的深度對結果影響的分析

劉艷春 霍 魁 曾金艷 馬秀芳 高云峰

(山西省地震局，山西 太原 030002)

在4個鉆孔的基本模型基礎上，以20 m為增加間隔，每個鉆孔建立4個剪切波速不小于500 m/s深度以下的不同深度的假想基巖輸入面，并以同一特定的加速度時程為基巖面地震波輸入，采用一維等效線性波動法計算了各模型的地表地震動參數，得到了一些有價值的結論。

基巖輸入面，深度，土層反應分析

0 引言

土層地震反應分析給出的具體場地局部條件對地震波的影響特征，對最大工程的抗震設計至關重要。按照目前的有關規范，對于覆蓋土層較厚的工程場地，在進行土層反應分析計算過程中，通常選取剪切波速達到500 m/s的深度土層作為假想基巖輸入面[1]。而隨著城市建設的飛速發展，在覆蓋層較厚的盆地內，對于越來越多的高層建筑等需要考慮長周期影響的重大工程，更深的基巖輸入面對地震動參數的影響及影響程度如何是具有重要實際意義的研究課題。本文通過選擇不同的假想基巖界面深度，采用目前工程界普遍應用的一維等效線性波動法，進行我省4個深厚覆蓋層盆地場地地震反應分析,以研究在不同基巖面深度下場地地震反應的變化規律[2]。

1 場地資料及基巖輸入面深度的選取

1.1 場地資料

本文選取大同、忻州、太原和臨汾4個覆蓋層較厚盆地內剖面底部的剪切波速不小于500 m/s的地震鉆孔剖面及實測剪切波速數據作為土層反應的基本模型。增加的地層的剪切波速和容重按照剪切波速不小于500 m/s深度以上的實測結果的變化規律進行延拓；剪切模量比和阻尼比則采用基本模型底部的土層參數。

4個土層剖面資料見表1和表2。

表1 大同鉆孔和忻州鉆孔剖面土層資料

典型的剖面土層反應分析計算所使用的土層剪切模量比(G/Gmax)和阻尼比(λ/λmax)與剪應變(γ)的關系見表3。

表2 太原鉆孔和臨汾鉆孔剖面土層資料

表3 各鉆孔剖面典型的剪切模量比

1.2 基巖輸入面深度的選取

為定量研究地震基巖面深度的選擇對覆蓋層較厚場地地震反應的影響，4個場地選取深度的范圍詳見表4。

表4 地震動輸入界面處的土層深度和剪切波速值

2 基巖輸入地震動

由于缺少或沒有上述4個地區當地的強地震記錄,難以直接用當地強震記錄作為本研究的輸入地震動[3]。本文通過概率地震危險性分析方法獲取前兩者；根據地震危險性分析所得的結果以及持時參數人工合成基巖地震動加速度時程。以某場點50年超越概率63%，10%，2%三個超越概率水平的危險性分析結果和人造地震波作為各剖面模型的輸入地震動，輸入的地震動強度分別為0.045g，0.178g，0.342g。輸入基巖反應譜見圖1，合成的基巖地震動加速度時程曲線見圖2。

3 計算結果與分析

3.1 大同鉆孔剖面計算結果與分析

圖3和圖4分別是從土層60 m，80 m，100 m，120 m處輸入時所得到的地表峰值加速度和規準反應譜的特征周期值。由兩圖可以看出，假想基巖面深度的選取對場地地表的地震動峰值加速度及反應譜特征周期產生明顯的影響，并且具有一定的規律：1) 隨著基巖輸入界位置的深度增加，地表地震動峰值加速度值呈降低趨勢，但降低的幅度較平緩；而反應譜特征周期呈增加趨勢，這兩者呈正相關性，但是并不是線性增加。2)不同超越概率的地表地震動峰值加速度值和反應譜特征周期值，隨基巖輸入面位置變化均相對變化得比較平緩。

3.2 忻州鉆孔剖面計算結果與分析

圖5和圖6分別是從土層76 m，96 m，116 m，136 m處輸入時所得到的地表峰值加速度和規準反應譜的特征周期值。其基巖輸入面深度的選取對場地地表的地震動峰值加速度及反應譜特征周期的影響規律大致同大同盆地。且隨基巖輸入面的深度增加，50年超越概率2%的反應譜特征周期的曲線斜率逐漸稍微變陡。

3.3 太原鉆孔剖面計算結果與分析

對于太原盆地鉆孔剖面，其基巖輸入面深度的選取對場地地表的地震動峰值加速度及反應譜特征周期的影響規律大致同忻州盆地。限于篇幅，不另附圖。

圖7為在不同的基巖輸入面埋深時50年超越概率63%，10%和2%的水平地表加速度反應譜。由圖7可知：1)隨著基巖輸入面的深度的增加，場地地表加速度反應譜譜值逐漸減小，而且減小的程度越來越小；2)不同概率水平的加速度反應譜在同一周期處的相對差異隨著假想基巖面深度的增加而減小，表現出同峰值加速度相類似的特征；3)隨著基巖輸入面深度的增加，長周期成分逐漸被放大且變得豐富，并且隨著輸入地震動強度的增加而逐漸明顯。

3.4 臨汾鉆孔剖面計算結果與分析

對于臨汾鉆孔剖面，基巖輸入面深度的選取對場地地表的地震動峰值加速度及反應譜特征周期的影響規律同大同盆地。限于篇幅，不另附圖。

4 結論與討論

對比四個盆地鉆孔剖面的土層地震反應特征，可得出隨著基巖輸入界面位置的深度增加，四個盆地鉆孔剖面的地表地震動峰值加速度值均呈降低趨勢，但降低的斜率較平緩；四個盆地的反應譜特征周期值均呈增加趨勢，且隨著基巖地震輸入強度的增加，增加的斜率逐漸變陡。

分析四個盆地加速度反應譜結果的差異，與盆地形成時的地層及地層的軟硬程度有很大的關系，四個盆地中的大同、忻州和臨汾鉆孔剖面的加速度反應譜的差異較小，表明輸入界面的深度的變化對場地地表地震動的影響程度與場地土層結構有關，以上三個盆地的土層相對較硬；四個盆地中僅太原盆地鉆孔剖面的反應譜曲線表現出隨著輸入界面深度的增加，長周期成分被明顯放大的趨勢，且輸入地震動強度越大，放大越明顯，四個盆地中太原盆地的覆蓋土層相對最為深軟。故對于太原盆地內需要考慮長周期影響的工程開展地震安全性評價工作，以500 m/s深度土層為地震動輸入界面是不安全的，應該盡可能選擇更深的基巖輸入面。

[1] GB 17741—2005,工程場地地震安全性評價[S].

[2] 陳國興，陳繼華.地震動輸入界面的選取對深軟場地地震效應的影響[J].世界地震工程，2005，21(2)：36-43.

[3] 曾金艷，李自紅，陳 文.基巖輸入參數對場地地震反應的影響分析[J].西北地震學報，2009，31(2)：112-114.

Analysis on the influence of bedrock input surface depth to results in soil layer response analysis

Liu Yanchun Huo Kui Zeng Jinyan Ma Xiufang Gao Yunfeng

(ShanxiSeismologicalBureau,Taiyuan030002,China)

Based on the basic model of 4 bore holes, with 20 m as increasing intervals, each borehole established the imaginary bedrock input surface with different depth of 4 shear wave velocity not less than the depth below 500 m/s, and taking the same specific acceleration time interval as the bedrock surface seismic wave input, using one-dimensional equivalent linear wave method calculated the surface ground motion parameters of each model, obtained some valuable conclusions.

bedrock input surface, depth, soil layer response analysis

1009-6825(2016)27-0076-03

2016-07-19

劉艷春(1981- )，女，工程師

TU435

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