土層反應(yīng)分析中基巖輸入面的深度對(duì)結(jié)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(yīng)分析中基巖輸入面的深度對(duì)結(jié)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(gè)鉆孔的基本模型基礎(chǔ)上，以20 m為增加間隔，每個(gè)鉆孔建立4個(gè)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(shí)程為基巖面地震波輸入，采用一維等效線性波動(dòng)法計(jì)算了各模型的地表地震動(dòng)參數(shù)，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。

基巖輸入面，深度，土層反應(yīng)分析

0 引言

土層地震反應(yīng)分析給出的具體場(chǎng)地局部條件對(duì)地震波的影響特征，對(duì)最大工程的抗震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。按照目前的有關(guān)規(guī)范，對(duì)于覆蓋土層較厚的工程場(chǎng)地，在進(jìn)行土層反應(yīng)分析計(jì)算過程中，通常選取剪切波速達(dá)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(shè)的飛速發(fā)展，在覆蓋層較厚的盆地內(nèi)，對(duì)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(duì)地震動(dòng)參數(shù)的影響及影響程度如何是具有重要實(shí)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(yīng)用的一維等效線性波動(dòng)法，進(jìn)行我省4個(gè)深厚覆蓋層盆地場(chǎng)地地震反應(yīng)分析,以研究在不同基巖面深度下場(chǎng)地地震反應(yīng)的變化規(guī)律[2]。

1 場(chǎng)地資料及基巖輸入面深度的選取

1.1 場(chǎng)地資料

本文選取大同、忻州、太原和臨汾4個(gè)覆蓋層較厚盆地內(nèi)剖面底部的剪切波速不小于500 m/s的地震鉆孔剖面及實(shí)測(cè)剪切波速數(shù)據(jù)作為土層反應(yīng)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(shí)測(cè)結(jié)果的變化規(guī)律進(jìn)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(shù)。

4個(gè)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(yīng)分析計(jì)算所使用的土層剪切模量比(G/Gmax)和阻尼比(λ/λmax)與剪應(yīng)變(γ)的關(guān)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(duì)覆蓋層較厚場(chǎng)地地震反應(yīng)的影響，4個(gè)場(chǎng)地選取深度的范圍詳見表4。

表4 地震動(dòng)輸入界面處的土層深度和剪切波速值

2 基巖輸入地震動(dòng)

由于缺少或沒有上述4個(gè)地區(qū)當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)地震記錄,難以直接用當(dāng)?shù)貜?qiáng)震記錄作為本研究的輸入地震動(dòng)[3]。本文通過概率地震危險(xiǎn)性分析方法獲取前兩者；根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析所得的結(jié)果以及持時(shí)參數(shù)人工合成基巖地震動(dòng)加速度時(shí)程。以某場(chǎng)點(diǎn)50年超越概率63%，10%，2%三個(gè)超越概率水平的危險(xiǎn)性分析結(jié)果和人造地震波作為各剖面模型的輸入地震動(dòng)，輸入的地震動(dòng)強(qiáng)度分別為0.045g，0.178g，0.342g。輸入基巖反應(yīng)譜見圖1，合成的基巖地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線見圖2。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 大同鉆孔剖面計(jì)算結(jié)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(shí)所得到的地表峰值加速度和規(guī)準(zhǔn)反應(yīng)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(duì)場(chǎng)地地表的地震動(dòng)峰值加速度及反應(yīng)譜特征周期產(chǎn)生明顯的影響，并且具有一定的規(guī)律：1) 隨著基巖輸入界位置的深度增加，地表地震動(dòng)峰值加速度值呈降低趨勢(shì)，但降低的幅度較平緩；而反應(yīng)譜特征周期呈增加趨勢(shì)，這兩者呈正相關(guān)性，但是并不是線性增加。2)不同超越概率的地表地震動(dòng)峰值加速度值和反應(yīng)譜特征周期值，隨基巖輸入面位置變化均相對(duì)變化得比較平緩。

3.2 忻州鉆孔剖面計(jì)算結(jié)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(shí)所得到的地表峰值加速度和規(guī)準(zhǔn)反應(yīng)譜的特征周期值。其基巖輸入面深度的選取對(duì)場(chǎng)地地表的地震動(dòng)峰值加速度及反應(yīng)譜特征周期的影響規(guī)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(yīng)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(jì)算結(jié)果與分析

對(duì)于太原盆地鉆孔剖面，其基巖輸入面深度的選取對(duì)場(chǎng)地地表的地震動(dòng)峰值加速度及反應(yīng)譜特征周期的影響規(guī)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(shí)50年超越概率63%，10%和2%的水平地表加速度反應(yīng)譜。由圖7可知：1)隨著基巖輸入面的深度的增加，場(chǎng)地地表加速度反應(yīng)譜譜值逐漸減小，而且減小的程度越來越?。?)不同概率水平的加速度反應(yīng)譜在同一周期處的相對(duì)差異隨著假想基巖面深度的增加而減小，表現(xiàn)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(dòng)強(qiáng)度的增加而逐漸明顯。

3.4 臨汾鉆孔剖面計(jì)算結(jié)果與分析

對(duì)于臨汾鉆孔剖面，基巖輸入面深度的選取對(duì)場(chǎng)地地表的地震動(dòng)峰值加速度及反應(yīng)譜特征周期的影響規(guī)律同大同盆地。限于篇幅，不另附圖。

4 結(jié)論與討論

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

分析四個(gè)盆地加速度反應(yīng)譜結(jié)果的差異，與盆地形成時(shí)的地層及地層的軟硬程度有很大的關(guān)系，四個(gè)盆地中的大同、忻州和臨汾鉆孔剖面的加速度反應(yīng)譜的差異較小，表明輸入界面的深度的變化對(duì)場(chǎng)地地表地震動(dòng)的影響程度與場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)有關(guān)，以上三個(gè)盆地的土層相對(duì)較硬；四個(gè)盆地中僅太原盆地鉆孔剖面的反應(yīng)譜曲線表現(xiàn)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(shì)，且輸入地震動(dòng)強(qiáng)度越大，放大越明顯，四個(gè)盆地中太原盆地的覆蓋土層相對(duì)最為深軟。故對(duì)于太原盆地內(nèi)需要考慮長周期影響的工程開展地震安全性評(píng)價(jià)工作，以500 m/s深度土層為地震動(dòng)輸入界面是不安全的，應(yīng)該盡可能選擇更深的基巖輸入面。

[1] GB 17741—2005,工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)[S].

[2] 陳國興，陳繼華.地震動(dòng)輸入界面的選取對(duì)深軟場(chǎng)地地震效應(yīng)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?yún)?shù)對(duì)場(chǎng)地地震反應(yīng)的影響分析[J].西北地震學(xué)報(bào)，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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