巖土工程中的設(shè)計地震動參數(shù)確定方式

張林

（重慶市市政設(shè)計研究院 重慶 400000）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)工程建設(shè)對巖土工程的應(yīng)用協(xié)調(diào)性需求越來越大。然而，在實際設(shè)計應(yīng)用過程中，不同行業(yè)規(guī)范對地震動參數(shù)的確定均存在一定差異。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從差異現(xiàn)狀入手，即過明確不同地震動參數(shù)確定方式的差異，來找出協(xié)調(diào)應(yīng)用的措施策略，從而降低不同巖土工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計地震動參數(shù)確定合理性的局限。

1 研究巖土工程中設(shè)計地震動參數(shù)確定方式的重要性

研究表明，由于巖土工程具有一定邊緣性，因此，不同行業(yè)均有自身的抗震設(shè)計規(guī)范，這就意味著不同工程行業(yè)巖土工程設(shè)計使用的地震動參數(shù)存在一定差異。為此，巖土工程的設(shè)計建設(shè)過程中，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確各行業(yè)技術(shù)規(guī)范的前提下，找出不同規(guī)范之間的差異，進(jìn)而實現(xiàn)地震動參數(shù)在不同規(guī)范之間使用的協(xié)調(diào)目標(biāo)。這種情況下，巖土工程設(shè)計的地震動參數(shù)指標(biāo)就能有效穿插于工程勘察、施工以及穩(wěn)定性檢測等過程中，進(jìn)而降低巖土工程本身具備的交叉滲透特性所帶來的影響。然而，在實際分析研究過程中，各行業(yè)應(yīng)用的不同地震動參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)眾多，要想實現(xiàn)參數(shù)選擇的科學(xué)合理性，需加大巖土工程設(shè)計地震動參數(shù)確定方式的研究。這是提高工程建設(shè)使用安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵，研究人員應(yīng)將其重視起來[1]。

2 巖土工程設(shè)計地震動參數(shù)確定差異

雖然不同行業(yè)巖土工程設(shè)計的地震動參數(shù)確定存在一定差異，但其大多是從《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》以及《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中進(jìn)行設(shè)計應(yīng)用的。其中基于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的巖土工程地震動參數(shù)確定方式，是地震加速度設(shè)計結(jié)合作用的。在此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作用下，縣級以上的行政區(qū)按照設(shè)防地震距離被劃分為3組，并根據(jù)地區(qū)地震的烈度情況進(jìn)行分類。巖土工程地震動參數(shù)設(shè)計確定人員可直接通過查詢抗震設(shè)防的地震烈度以及對應(yīng)的地震加速度值，來得出地震加速度反應(yīng)譜的特征周期[2]。此參數(shù)是以地震影響系數(shù)形式進(jìn)行顯示的，具體內(nèi)容，如下公式所示：

而基于《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》的巖土工程地震動參數(shù)確定方式，其作為強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)，被應(yīng)用于各類國土資源規(guī)劃、工程建設(shè)以及防震減災(zāi)規(guī)范過程。具體來說，這一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是通過《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》、《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》以及地震動反應(yīng)譜特征周期土層調(diào)整表，來確定巖土工程地震動參數(shù)的[3]。如表1所示，為地震加速度分檔表。

這種巖土工程設(shè)計地震動參數(shù)的確定是根據(jù)施工建設(shè)場地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，來進(jìn)行查詢的。其與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》下的地震動參數(shù)確定方式不同，其還能根據(jù)場地類型，對反應(yīng)譜特征周期進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。還可利用工程地表設(shè)計的地震動峰值加速度和調(diào)整反應(yīng)譜特征周期，來構(gòu)造工程場地的反應(yīng)譜。此外，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，第一種確定方式主要作用于建筑類工程，而第二種能夠作用于不同類型的建筑物或構(gòu)筑物，這就意味著第二種地震動參數(shù)確定的適用范圍具有一定通用性。在《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》上，地震加速度峰值與反應(yīng)譜特征周期的分區(qū)是根據(jù)地震環(huán)境確定的，等值線的劃分不考慮行政區(qū)域，這從抗震設(shè)計角度講較精確，可靠性更好。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》提供的是按縣級行政區(qū)取值，并將此值應(yīng)用于整個行政區(qū)范圍。這樣做的結(jié)果在實際應(yīng)用中較為方便，但在同一行政區(qū)跨越幾個地震加速度峰值時，在有些地區(qū)會造成抗震設(shè)防水平過高或過低的情況[4]。

表1 地震加速度分檔表

3 兩種巖土工程設(shè)計地震動參數(shù)確定方式協(xié)調(diào)應(yīng)用

上述研究證實，《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃雖然能作用于不同工程類型的地震動的參數(shù)確定，但其與實際情況的銜接仍存在一定問題。這種情況，就是建筑物巖土工程與各種構(gòu)筑物巖土工程的抗震驗算設(shè)計仍采用以往的地震烈度概念，這就在一定程度上降低了參數(shù)確定應(yīng)用的可靠性。為此，抗震設(shè)計規(guī)范確定方法應(yīng)用人員應(yīng)根據(jù)該區(qū)劃圖確定不同場地相關(guān)參數(shù)的方法，并充分利用現(xiàn)有的計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)，來降低公式計算的偏差問題。具體來說，可由《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》直接給出工程建設(shè)的彈性變形驗算與塑性變形驗算用的地震參數(shù)。這樣一來，地震區(qū)劃圖地震動參數(shù)確定方式的應(yīng)用結(jié)果就可以直接引入到抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計應(yīng)用過程中，從而大幅度增加了不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的協(xié)調(diào)性[5]。

在應(yīng)用地震區(qū)劃圖編圖地震動參數(shù)確定方式時，抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計中的編制是根據(jù)硬場來確定的。但部分區(qū)劃圖并沒有明確給出中硬場地和其他類型場地的定義，這就影響了與《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》的協(xié)調(diào)作用效果。為此，研究人員應(yīng)改進(jìn)地震動參數(shù)確定方式的應(yīng)用理念，即不僅要考慮地震中場地對地震動的放大影響，還要考慮地基承載力和基礎(chǔ)型式選擇的需求。例如，巖土工程設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)土層反應(yīng)計算的工作經(jīng)驗，來考慮場地可能基于等效基巖更合理的合理性，進(jìn)而使其應(yīng)用更能高效準(zhǔn)確地反映建筑巖土工程抗震設(shè)防的實質(zhì)。此外，由于地震動參數(shù)的確定方式在實際設(shè)計作用過程中，是一種具備50年長期地震概率的預(yù)報，因而，當(dāng)巖土工程設(shè)計人員進(jìn)行等效基巖上的地震動編圖時，地震部門就應(yīng)將編圖的工作精力集中在基巖上指定概率的地震動參數(shù)的長期預(yù)報上。值得注意的是，雖然在基巖上，地震動傳播與衰減規(guī)律的離散性較小，但其土層的地震反應(yīng)就相對復(fù)雜。針對這一問題，設(shè)計人員在研究具體場地地震反應(yīng)對工程建設(shè)影響時，建議由相關(guān)的設(shè)計工程師和行業(yè)管理部門去考慮。這樣一來，就能最大限度的實現(xiàn)兩種巖土工程設(shè)計地震動參數(shù)確定的有效性[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，巖土工程中設(shè)計地震動參數(shù)確定方式雖存在差異，但仍可將《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》《與建筑抗震設(shè)計規(guī)范》結(jié)合起來，以實現(xiàn)地震動參數(shù)確定方式的協(xié)調(diào)應(yīng)用。這是滿足現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下對巖土工程建設(shè)使用穩(wěn)定性需求的重要課題內(nèi)容，研究人員應(yīng)將其作用于實踐，從而降低環(huán)境對其造成的不穩(wěn)定影響。

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[2]榮棉水，李小軍，盧滔，黃雅虹，呂悅軍.對含厚軟表層海域工程場地設(shè)計地震動參數(shù)確定的一點建議[J].地震學(xué)報，2013，02：262～271.

[3]陳國興，戰(zhàn)吉艷，劉建達(dá)，李小軍.遠(yuǎn)場大地震作用下深軟場地設(shè)計地震動參數(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報，2013，09：1591～1599.

[4]張小平，李小軍，李涯，張銀龍，黃一沫，劉 洋.不同巖土填海造地對工程場地設(shè)計地震動參數(shù)的影響[J].世界地震工程，2013，03：90～100.

[5]崔臻，盛謙，冷先倫，劉曉敏，馮德定.近斷層地震動對大型地下洞室群地震響應(yīng)的影響研究[J].巖土力學(xué)，2013，11：3213～3228.

[6]楊正權(quán)，劉小生，汪小剛，楊玉生.高土石壩地震動力反應(yīng)特性大型振動臺模型試驗研究[J].水利學(xué)報，2014，11：1361～1372.