近斷層強地震動的特點研究

董林林

(鄭州大學 土木工程學院，河南 鄭州 450001)

雅安地震的悲劇讓我們再次感傷于大自然的巨大破壞力，從2008年的汶川特大地震到2010年的玉樹災情再到如今的雅安地震，我們在感嘆民族多災多難的同時，似乎我們更需要為減小災難損失做些什么。在持續不斷地受到震源的影響下，近斷層地震動產生強烈的破壞，其影響范圍及其強度與地震大小、斷層尺寸規模密切相關.目前許多專家學者一致認為，近斷層的斷層距一般是小于20至60 km的范圍。在我國一些重要的城市，例如成都、蘭州和西寧等均處于地震的近斷層區區域范圍內，因此，加強對近斷層強地震動的特點研究和對我國的建筑抗震設計及減小災難損失有著重要的現實意義。

一 近斷層地震的定義及特點

近斷層地震動一般表示斷層距小于20～60km的范圍場地的地震動，又稱為近場地震動或近源地震動。受斷層破裂方向，震源機制與場地的關系和斷裂面相對滑動方向等各種因素的影響，近斷層地震動和一般的遠場地震動有顯而易見的不同之處。由于方向性效應和滑沖效應引起的長周期脈沖型永久地面位移是地震動最顯著的特點，最為常見的便是速度脈沖型運動，同時受上盤效應和集中性的影響，近斷層地震動還具有許多新特點.前人已全面地歸納近斷強地震動的特點，本文在其基礎上簡要解釋近斷層地震動的概念及形成機理。

二 近斷層強地震動的特點

1.集中性

從大量模擬的試驗結果不難看出，近斷層地震動隨著斷層距的增加而很快的衰減，強地震動的范圍很小，一般主要集中于斷層在地表的投影中心。如果不在這一范圍之內，其震動幅值明顯下降，從近年來的一些震害數據資料也可看出，斷層在地表投影中心是破壞性最嚴重的區域。近斷層區域位錯源輻射地震波的幾何衰減是導致強地震動集中性的主要原因。

2.滑沖效應

滑沖效應是一種靜力永久位移，是由于地震的靜力形變場所產生的永久地面位移引起的，又被形象地稱為“fling step”。主要在斷層滑動的部位會發生滑沖效應，走滑破裂主要發生在平行斷層走向的分量上;而傾滑斷層主要發生在垂直斷層走向的分量上.近年來的地震震害中已經表明，這種與地表破裂有關的滑沖效應會產生巨大地破壞力，特別是對斷層穿過或靠近斷層中心線的建筑物和構筑物。

3.上盤效應

上盤效應是指對延伸至地表斷層相同距離的場地，上盤場地要比下盤場地更接近于斷層。上盤效應的地質災害嚴重性明顯大于下盤的地質災害嚴重性。其特點如下，首先上下兩盤的地震動加速度峰值有明顯差異，上盤地震最大加速度遠遠高于下盤，并且下盤地震動加速度的衰減速率要明顯大于上盤，另外受上盤效應的影響，加速度反應譜短周期段譜值有明顯的增大。

4.破裂方向效應

當破裂在斷層面上朝著一個觀測點傳播，并且傳播速度約等于于剪切波速時，幾乎可以同時觀測到斷層面輻射的大部分能量，形成一個長周期脈沖 ，即破裂傳播的方向性效應。多普勒效應可以用來解釋破裂的方向性效應。正向破裂方向效應兩個必要條件：①斷層面的破裂傳播方向指向場地②斷層的滑動方向指向場地，這兩個條件缺一不可。

5.長周期速度脈沖

破裂方向效應和滑沖效應是長周期速度大脈沖產生的原因，其中破裂方向效應產生的是動力學的雙向速度脈沖，主要出現在遠離震中的近斷層場地上;滑沖效應產生單向速度脈沖，接近近斷層且與震中位置無關。

斷層破裂以幾乎和剪切破裂速度同樣大的速度向場地傳播，于是乎正向破裂方向效應產生的雙向速度脈沖，使其破裂釋放的能量以一雙向長周期速度脈沖到達，并且在出現時開始記錄。這種速度脈沖與雙向速度脈沖不同，是單向的。

6.近斷層地震動的方向性

方向性效應分為前、后、中三個方向的方向性效應，我們平時所說的主要是前方向性效應。由于受斷層上剪切錯位的影響，在垂直于斷層的方向上將發生雙向長周期速度脈沖，從而導致了平行斷層走向的峰值速度遠小于垂直斷層走向的峰值速度，而滑沖效應主要發生在斷層滑動的方向上。對于走滑地震，雙向速度脈沖垂直斷層走向方向，而滑沖位移則與斷層走向平行。對于傾滑地震，在垂直斷層面的方向上有鉛直、垂直斷層走向的兩個方向分量;一般地面位移與斷層滑動方向一致且平行于斷層面，也可分成鉛直、垂直斷層走向的兩個水平方向分量。單向速度脈沖方滑沖效應發生的方向一致，即在斷層滑動的方向上。

三 前景與展望

我國關于近斷層問題的研究起步較晚，針對于結構反應展開的研究不全面，對于場地條件的影響，后方向性效應的特點，近斷層地震動的扭轉分量等的研究存在缺陷，近斷層地震動對耗能減振和隔震結構的影響還需進一步深入研究。

美國規范在理論上考慮了近斷層效應的影響，引入了近斷層反應譜放大因子的概念。而我國的抗震設計規范中僅僅采用避讓距離來進行抗震設防，這種簡單的概念設計表明我國規范對斷層認識不足，同時目前研究所得的設計反應譜在設計中仍無法應用，也就是說目前設計理論還無法定量考慮此種影響，研究適用于近斷層區的抗震設計方法有著很大的實用意義。相信通過不斷地創新研究，一定可以合理進行近斷層區結構的抗震設防，為我國的抗震減災工作作出應有的貢獻。

[1]李新樂，朱唏.2003.近場地震速度脈沖效應及模擬模型的研究.中國安全科學學報，13(12)：48～52

[2]倪永軍.2004.近斷層地震動的加速度峰值比和反應譜分析[J].北方交通大學學報，28(4)：125