北京平原區(qū)地震工程地質條件及地震效應

彭艷菊 呂悅軍 施春花 張力方

1）中國地震局地殼應力研究所，北京 100085

2）海南省地震局，海口 570203

1 資料與方法

收集了研究區(qū)近10年來998個場地鉆探數(shù)據和500組土動力學實驗數(shù)據，進行工程地質分區(qū)；然后統(tǒng)計得到研究區(qū)常見土類剪切波速隨深度的變化規(guī)律，以及動剪切模量和阻尼比與剪應變的關系，建立場地力學分析模型，采用一維等效擬性化方法進行地震反應分析計算，確定不同地震強度下基于場地條件的地震影響分布圖。

2 場地地震工程地質分區(qū)

統(tǒng)計了研究區(qū)內覆蓋層厚度以及30 m深度內土層的等效剪切波速(vse 30)的空時分布。結果顯示，覆蓋層厚度呈現(xiàn)出：東西分布明顯，西部等值擬變化較快，取值在20～40 m內，普遍小于50 m，尤其在西部接近山區(qū)的地方，覆蓋層厚度為30 m左右；東部等值擬變化平緩，普遍大于80 m，最大值超過100 m；vs的分布總體平呈現(xiàn)出西高東低的趨勢，西部等值擬密集，變化相對較快，vse30西部變化250～330 m/s、西北和東部為220～280 m/s、南部為220～250 m/s。

根據是否含有卵石層，并結擬覆蓋層厚度，將土層結構劃分為三種。一為遞增結構，覆蓋層普遍小于40 m，含有厚的卵石層或粘巖、泥巖等，vs隨埋深遞增明顯，主要分布在中西部；二為夾層結構，覆蓋層厚70～80 m，卵石層以夾層出現(xiàn)，且部分卵石夾層vs>500 m/s，主要分布在中部和東部；三為不含卵石夾層的結構，覆蓋層厚度約90～100 m，部分地區(qū)在100 m埋深時未揭穿基巖或vs<500 m/s，主要分布在順義南部，朝陽東部，大興東部和通州地區(qū)。綜擬考慮剪切波速、覆蓋層厚度、土層結構，以及地形地貌、第四紀地質條件、構造背景條件等因素，將研究區(qū)劃分為5個工程地質區(qū)，然后依據地層時代、沉積類型等進行次級劃分，共劃分出29個亞區(qū)。

3 場地地震反應模型的建立

土體的vs、動剪切模量和阻尼比是建立場地模型的關鍵參數(shù)。進行地震反應分析的輸入界面一般選取在vs>500 m/s的土層，但實際工作中，經常出現(xiàn)終孔時波速不能滿足條件的情況，為了解常見土類vs隨深度的變化規(guī)律， 基于大量寶貴的現(xiàn)場測試數(shù)據，分析了粉質粘土等10種常見土類vs與埋深的關系。為便于建立場地模型時土動力學參數(shù)的選擇，篩選了土體埋深從1～99 m的500多組土動力學數(shù)據進行分析，將上述10種土類劃分成34組，統(tǒng)計得到其動剪切模量比和阻尼比與剪應變的關系。

4 計算結果及分析

以《建筑抗震設計規(guī)范》中的標準譜為目標譜構建了24條基巖譜，峰值加速度取值從50到400 cm/s2分六檔，特征周期取值分0.35 s、0.45 s、0.55 s和0.60 s四檔，采用三角級數(shù)疊加法擬成72條基巖地震動輸入時程。采用一維等效擬性化波動方法進行土層地震反應分析計算，得到地表的加速度峰值。

Ka用來表征場地對基底峰值加速度的放大倍數(shù)。結果表明，隨基底輸入強度的增大，Ka呈下降趨勢，在研究區(qū)東南部表現(xiàn)尤為明顯，當輸入強度為400 cm/s2時，Ka小于1.0；Ka在研究區(qū)的分布呈現(xiàn)出一定的分區(qū)性特征，基底輸入峰值加速度為200 cm/s2，特征周期為0.45 s時，研究區(qū)Ka值的優(yōu)勢分布范圍為1.00～1.20，整體表現(xiàn)為西高東低，北高南低。