不同標準的場地放大系數比較研究

2022-06-25 10:58:36王康

四川建材 2022年6期

王康

(蘇州科技大學，江蘇蘇州 215009)

0 前言

大量震害資料也證實了土壤層對地震波的傳播有放大效應[1]，相同的地震在不同的場地條件下輸入會產生的地震動反應也會不同，這是因為不同的場地土介質對地震波的放大效應不同。現有理論成果基于峰值加速度PGA和有效峰值加速度EPA的場地放大系數研究成果較多，但實際應用中沒有統一的標準而使研究失去了意義，本文基于兩種標準采用反演基巖的方法對場地放大系數進行比較研究。

1 地震動記錄來源和數據整理

1.1 數據來源

很多地震研究的數據來源于日本強震觀測臺網KiK-net(https://www.kyoshin.bosai.go.jp)，KiK-net數據庫臺陣在全日本分布了700多個觀測站點，大約每20 km就1個臺站，每個臺站都在地表和孔底位置配備了加速度傳感器，能記錄三分量的加速度時程(南北，東西，上下)，同時還提供了各土層部分參數，這為研究土層對地震波的放大效應提供極大的方便。

本文從KiK-net強震觀測臺網中選取62個臺站和對應記錄的212條地表地震動記錄為研究對象。為避免地震動其他不確定參數的影響，所選地震記錄均符合淺源(震源深度不大于50 km)、強震(地表的加速度峰值不小于0.018 g且震級不小于5級)、近場(震中距不大于100 km)三項要求。

1.2 地震動數據分組

依據我國《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2010)[2]中埋深和等效剪切波波速兩項條件將選取的62個臺站進行場地分類，分為7個Ⅰ類場地、46個Ⅱ類場地和9個Ⅲ類場地。參照《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)[3]中的地震動峰值加速度分區的劃分標準對212條記錄的地表峰值加速度的數值進行分組，最終分布具體情況見表2。

表1 地震記錄數據分布表

2 土層參數的確定和場地模型建立

根據我國抗震規范，選取剪切波速大于500 m/s的土層作為輸入界面,定義剪切波速大于500 m/s的土層為基巖層。

由于KiK-net提供的數據資料并不包含土體的容重、動剪切量比和阻尼比的相關信息。土的剪切模量和阻尼比是研究土層反應中重要的兩個參數，本文采用李曉飛處理土的非線性的辦法，依據常規土類動剪切模量比和阻尼比隨剪應變變化非線性關系[4]，為了方便計算僅采用其均值非線性條件作為土動參數的計算依據。將KiK-net臺站剖面土參數中所涉及的土類根據特性、剪切波速vs等歸集分類為黏土、粉質黏土、粉土、砂土、淤泥質土五大類。

KiK-net也沒有給出相關種類的土的容重，本文采用Garnder等[5]總結出的P波波速vp與土體容重ρ的相關性公式容易得到各層土的容重：

ρ=0.31·vp0.25

(1)

式中，容重單位為g/cm3，P波波速單位為m/s。

3 反演露頭基巖輸入

露頭基巖的反演采用一維等效線性波動法，一維等效線性化波動法是目前應用較為廣泛便捷且相對合理的，也是《工程場地地震安全性評價》(GB 17741—2005)中推薦的方法，具體的反演方法參見文獻[6]。

基于收集的212個地表強震記錄和對應的一維土層模型、參數，以一維等效線性化地震反應分析方法，使用SHAKE91軟件進行反演計算，可得到露頭基巖加速度。

4 分析方法和結果統計

4.1 以峰值加速度PGA為標準

采用地表地震動記錄與附近露頭基巖的強震記錄最為合理，因為露頭基巖的地震動響應不受任何土層反射波的影響，實際中露頭基巖強震記錄獲取并不容易，本文則是利用SHAKE91軟件反演得到露頭基巖地震動加速度，定義PGA場地放大系數FPGA：

(2)

利用式(2)，依據212個地表強震記錄的峰值加速度和反演露頭基巖的峰值加速度得到PGA場地放大系數FPGA，并對各類場地不同加速度強度分檔的結果進行算術平均，得到統計結果如表2所示。

表2 分組各區間PGA場地放大系數

4.2 以有效峰值加速度EPA為標準

由于少數髙頻脈沖的峰值會使地震動加速度時程變高，而對長周期結構的地震響應影響較小，有效峰值加速度EPA的概念的提出很有必要。本文采用美國ATC3.06(1978)對EPA的定義：以5%阻尼比的單自由度體系，在周期范圍0.1～0.5 s的譜加速度反應的平均值除以2.5。而定義EPA場地放大系數FEPA公式為：

(3)

利用式(3)，依據地表峰值加速度和反演露頭基巖的峰值加速度計算得到EPA場地放大系數FEPA，并對各類場地不同加速度強度分檔的結果進行算術平均，得到統計結果見表3。