单一均质土覆盖层厚度对地表峰值加速度和反应谱平台值的影响

选择粘土、粉土、砂土、砾石4类土场地构造了140个单一均质土剖面,输入峰值分别为50、100、150、200、300 Gal的各3条人工合成地震动时程,使用一维等效线性波动法,进行了土层地表地震反应计算,并对计算得到的地表峰值加速度和反应谱平台值做了统计分析和讨论.结果表明:不同土类地表峰值加速度和反应谱平台值随覆盖层增大达到最大值的厚度不同;不同幅值的基底输入,不同土类的覆盖层情况下,地表峰值加速度相对于基岩值加速度的放大倍数并不具有规律性,同是Ⅱ类场地,中软和中硬场地土条件下放大倍数的差异也是明显的.     

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。     

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

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。     

覆盖层厚度对反应谱峰值的影响

在研究多个工程场地钻孔资料的基础上,选取和构造了若干典型场地剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了各剖面在不同基底地震动输入的反应谱值及地表加速度峰值,分析了覆盖层厚度对反应谱峰值及峰值周期、地表加速度峰值和放大倍数的影响,得出了一些有意义的结论。     

汶川地震黄土地区地震动特征分析

汶川地震黄土地区强地震动加速度峰值（PGA）较小,然而震害却较为严重,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取四川、甘肃及宁夏境内的部分强震动记录,探讨传播距离和场地条件对地震动的影响规律,重点研究黄土地区地震动幅值、频谱、持时特征以及对建筑结构的潜在影响,从地震动特征角度分析该地区震害相对较重的原因。结果表明:汶川地震黄土地区地震动速度峰值较大,地震动中频分量和中长周期成分较为突出;黄土地区自振周期为0.3~1s以及3~4s（尤其是此周期内30~40层）的结构物地震反应将显著放大;设计地震分组为第三组的Ⅲ类黄土场地,加速度反应谱拟合曲线在周期1~3.5s谱值明显高于规范设计谱;黄土场地地表地震动拥有更长持时。     

天津滨海场地土类别特征及其对地震动的影响

本文按照三种规范(中国建筑抗震设计规范(GBS0011-2001)、美国FEMA-NEHRP规范(2000)、欧洲结构抗震规范(EUROCODE 8,1998)),利用钻孔和剪切波速资料,对天津滨海地区的场地土类别进行研究。通过场地地震动效应分析,研究该场地土对地震动的影响。结果表明,对于滨海场地,简单的场地类别划分难以反映软土场地的实际情况;滨海软土场地对地震动加速度的幅值和频谱的影响非常明显,其对峰值加速度的放大倍数高达1．9,但受土的非线性变形影响,随地震动输入的增大其放大倍数呈非线性降低;软土场地使得加速度反应谱谱形变宽,特征周期变大,变化幅度在0．1s—0．4s。     

烟台海岸软土场地特征及对地震动参数的影响

本文利用剪切波速和钻孔资料，根据中国GB50011-2001规范、美国FEMA-NEHRP规范、欧洲EUROCODE 8规范，对烟台滨海软土场地类别进行评定。并通过场地地震动效应分析，研究滨海场地土特征对地震动的影响。结果表明，简单的场地类别划分难以反映软土场地的实际情况；滨海软土场地对地震动加速度的幅值和频谱的影响非常明显，其对峰值加速度的放大倍数较高，但受土的非线性变形影响，随地震动输入的增大其放大倍数呈非线性降低；软土场地使得加速度反应谱谱形变宽，特征周期变大。     

基于PyQt5的地震动参数计算软件设计

基于第五代地震动区划图,利用PyQt5设计了一款开源可视化的地震动参数计算软件。软件主要包含2个功能：(1)根据Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度和加速度谱特征周期值计算其他各类场地、各级地震动峰值加速度值和加速度谱特征周期值;(2)根据多场点峰值加速度和场地类型进行场地调整,并对调整后的结果进行分区。该软件在地震安全性评价工作和全国地震风险普查工作的应用中有效提高了工作效率,以期为同类工作提供使用、借鉴和参考。     

岩溶场地地表地震动特性研究

对典型岩溶场地进行土层地震反应分析,并与非岩溶场地土层的地震反应进行对比,研究岩溶场地地表地震动的基本特性,为岩溶区工程场地地震动参数的确定提供参考。实例研究表明:与非岩溶场地的土层地震反应相比,岩溶场地土层对地震波的放大效应较强,地表地震动的频率偏高;当岩溶场地中发育有土洞时,地表地震动加速度峰值比不含土洞的岩溶场地要大。     

地下水位对黄土土层地震动影响初探

场地条件对地震地面运动的影响很大,而对于黄土地区地震地面运动规律又有其自身的特性。鉴于兰州市区地下水位的不断上升,本文选取典型黄河南岸Ⅱ级阶地黄土场地,假设水位逐次提高1m,通过土层地震反应分析计算,分析地下水位上升对地表峰值加速度及反应谱的影响。结果表明:随着地下水位的不断上升,地表峰值加速度及土层地震动放大作用都有减小趋势,地下水的上升一定程度上对地表加速度峰值具有减震作用;但场地的特征周期却有增大趋势,平台范围越来越宽,反应谱双峰现象越来越显著,尤其当水位上升较多(文中11m),在罕遇地震动作用下对所有结构物加震显著,在常遇地震动和设计地震动作用下对自振周期0.7～1.3s结构物加震明显,应引起重视。     

汶川地震远震区黄土场地地震反应特征分析

在实际场地钻孔资料的基础上,选取和构造45个有代表性的典型场地剖面,利用一维等效线性化波动方法,计算各个场地在三种不同强度地震动输入下的地表加速度反应。结果表明:(1)在远场地震动作用下,黄土场地PGA较大,反应谱平台范围较宽,集中在0.2~0.6s;(2)随着黄土覆盖厚度的增加,PGA减小,但对于自振周期大于一定范围的结构物震害加重;(3)对于无地形影响的厚层黄土地区,当黄土厚度在20~100 m时,随厚度的增加,反应谱下降段谱值增大1.1~1.4倍,特征周期放大1.1~1.25倍。     

输入地震动相位特性对不同类别场地土层地震反应影响

以某Ⅷ度设防区基岩场地地震危险性计算为基础,拟合不同随机相位的人造地震动时程作为输入,采用一维等效线性化方法,计算了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类典型场地的土层地表地震反应。结果表明:(1)在不同地震动强度、不同随机相位基岩时程输入条件下,对不同类型场地土层地震反应计算得到的地表加速度峰值和反应谱值相对极差差别较大,地震动相位特征对土层地震反应的影响不可忽略;在反应谱特征周期2.0 s内,地表峰值和反应谱值变异系数随输入地震动强度的增大有增大趋势;(2)采用统计学方法计算给出了不同场地类别的基岩输入随机相位样本时程的必要数量,不同场地类别不同地震强度输入条件下所需要的最少样本量不同。在输入地震动强度不大(PGA0.20 g)且满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,不同类别场地至少需要15组不同随机相位的基岩时程,基本能满足均值统计要求;在输入地震动强度较大(PGA≥0.20 g),满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,至少需要30组不同随机相位的基岩时程,才能满足均值统计要求。     

我国现行规范谱的超越概率标准

工程场地的地震安全性评价给出的加速度反应谱在长周期部分一般均低于相应的规范谱。本文用Ⅰ类和Ⅲ类场地的地震动参数衰减规律,讨论加速度反应谱与不同周期规范谱值对应的重现期。结果表明,对加速度而言,基本情况是规范反应谱周期越长越保守。当峰值加速度对应的重现期为475年时,对于本文的工程算例,Ⅰ类和Ⅲ类场地的加速度反应谱分别于3.7s和5.2s以后超过重现期5000年。本文认为,对目前使用的衰减规律的可靠性,对一致概率谱与规范谱的关系,对按保守谱设计的工程在长周期地震波作用下的表现以及对速度、位移等在抗震设计中的作用等问题应作深入研究。     

2018年2月6日花莲M_W6.4地震近场地震动方向性效应

利用中国台湾省内222个强震动台站以及Palert地震预警系统520个台站所观测的三分量加速度记录,研究此次花莲M_W6.4地震近场强地震动空间分布和衰减特征,将观测结果与美国NGA-West2地震动经验预测模型进行对比,揭示此次台湾花莲地震近场地震动的长周期特点,基于回归残差分析研究地震动峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和不同周期地震动的空间分布差异,定量考察近场地震动的方向性效应.研究结果表明:(1)整体上此次地震的近场PGV观测值和周期1.0s以上的长周期加速度谱值与美国NGA-West2地震动预测模型结果接近,PGA观测值和周期小于1.0s的加速度反应谱略低于预测模型结果.从空间分布来看,周期1.0s以上的长周期地震动在断层的不同方位有系统性差异,在破裂传播前方(震中西南方位),周期大于1.0s时的反应谱明显高于美国NGA-West2地震动经验预测模型,在破裂传播后方(震中东北方位),周期大于1.0s时的反应谱低于经验预测模型,表明此次地震近场地震动具有显著的方向性效应.(2)破裂传播的方向性效应主要影响周期超过1.0s的长周期,而对PGA以及周期小于1.0s的短周期地震动影响较弱.在破裂传播前方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被增强到整体观测平均水平的1.16～1.52倍;在破裂传播后方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被减弱到整体观测平均水平的0.36～0.70倍.(3)此次地震破裂方向性效应的影响表现出明显的窄带效应,破裂方向性的影响(包括破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用)在周期T=3.0s时达到最大,在该周期破裂传播前方的增强系数为1.52,破裂传播后方的减弱系数为0.36.从周期T=3.0s到10.0s,破裂方向性效应的影响随周期增大总体上呈减弱趋势,这与2016年日本熊本M_W7.0地震破裂方向性效应的影响特点显著不同.     

输入界面对反应谱平台值的影响

为了研究输入界面对设计反应谱平台值(αmax)的影响,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应的一维等效线性化波动方法,计算了4类场地在6种不同强度的地震动输入下的地表加速度反应谱。将计算得到的地表加速度反应谱拟合成建筑抗震设计规范规定的设计反应谱的形式,分析了输入界面的改变对反应谱平台值的影响。结果发现:Ⅱ类和Ⅲ类场地在较小强度地震动输入时,输入界面的改变对平台值影响较小,在大强度地震动输入时,对平台值的影响较大;对于Ⅰ类和Ⅳ类场地,输入界面的改变对平台值的影响较小。     

Ⅰ建筑类场地反应谱参数取值问题探讨

在对89、01抗震规范中Ⅰ类场地分类界限深入的探讨的基础上,利用目前地震安全性评价中广泛使用的基于一维等效线性化波动方法研究了某市沿海地区为代表的浅层覆盖土条件下的地震动参数取值问题。针对各种情况下Ⅰ类建筑场地土,构造若干具有工程意义的典型场地剖面,合成适合本地区的基底输入地震波,计算得到浅层覆盖土条件下的场地地表加速度峰值和反应谱周期。通过对几种类型土计算结果和实际操作的分析和探讨,结果表明:放大倍数谱描述结果概念更强;复核结果偏于保守,且与抗震选用参数不兼容;当钻孔足够多时,低波速钻孔标定谱形接近高波速钻孔。     

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。      

熊本MW7.0地震近场地表与井下地震动对比研究

选取日本熊本M_W7.0地震断层距小于200 km的82个近场KiK-net台站记录到的三分量记录数据进行基线校正后,获得近场地面运动水平向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及周期为0.2,1,2,3,5和10 s的加速度反应谱数据,并与美国NGA-West2的地震动预测模型相比较,研究熊本地震地表和井下地震动峰值及反应谱的衰减特征,通过比较KiK-net台站地表与井下记录结果,探讨浅层场地放大效应的影响。研究结果表明:① 对于井下观测结果,NGA-West2的地震动模型对PGA和短周期0.2 s的反应谱的预测值与井下观测值相比整体偏高,而PGV和较长周期地震动（如1,2和3 s的反应谱）的预测值与井下观测值较为吻合;② 地表观测记录的PGA,PGV和周期为0.2—3 s的反应谱残差整体上随v_S30对数值的增大呈线性减小的趋势,而周期为5 s和10 s的长周期部分,其场地效应的影响很小;③ 相对于井下记录,地表记录的地震动PGA,PGV和周期为0.2,1和2 s的反应谱有明显的放大,这种放大作用随浅层场地剪切波速的增大而减小;周期为3,5和10 s时长周期地震动的放大效应很小。      

甘肃文县上城台地的地震记录分析

选取文县上城台地三个不同高程强震台同时记录到的汶川大地震的9次余震记录,研究场地的地震反应和波的传播效应。通过对比峰值加速度、地震反应谱、加速度时程等地震动参数,全面分析了地震动放大效应与地形的关系以及地震动特征与震源的关系。结果表明:相对于山脚,山顶的峰值加速度明显放大,并且山顶的地震动在场地卓越周期附近放大最显著;多数地震记录显示山顶处垂直白水江河谷分量的峰值加速度比值大于平行河谷分量比值;地震动绝对持时从山脚、山腰到山顶依次增长。总之,地形条件和其上覆松散层共同作用造成了上城台地的地震动放大。