基于KiK-net数据的抗震不利地段强震动特征研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:klwxm
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建筑土地资源紧缺是我国社会发展面临的重要问题。震害调查和地震记录结果表明,建筑结构的震害不仅与近地表沉积物密切相关,同时也受到各类地形地貌的强烈影响。在地震灾害频发的今天,研究各类抗震不利地段的地震场地效应具有巨大的现实意义。本研究在收集大量地形、地貌的资料基础上,对抗震不利地段的强震动特征开展了相关研究:(一)收集整理了日本Ki K-net台站的钻孔数据,并根据其等效剪切波速情况进行了中国场地分类;收集整理了日本地形地貌分类图,对研究台站所在地形地貌进行相关提取;基于日本高精度数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)数据,进行与本研究相关的数字地形分析。依据我国目前有关抗震不利地段的相关规定,根据钻孔数据、地形地貌特征、DEM提取的坡体高差、坡度、坡边距等地形参数,制定了各抗震不利地段划分的标准化流程,将各Ki K-net台站所在场地划分为抗震有利及一般地段、突出地段、斜坡地段、软弱场地。(二)本研究基于545个Ki K-net台站的四万余组弱震记录,对场地基本周期进行了识别。结合抗震不利地段分类结果表明,受局部地形效应影响,斜坡地段和突出地段的场地基本周期稍小于抗震一般地段。受软弱土层作用,软弱场地的基本周期则明显大于抗震一般地段。对于同类场地,抗震不利地段与一般地段的基本周期对应的放大系数差异并不明显。同时利用Ki K-net中696个台站的弱震强震数据,对比了不同场地类别下,各抗震不利地段井上井下的傅氏谱的平均放大情况,其放大规律与基本周期变化特征较为一致。(三)本研究基于696个Ki K-net台站54962组5-20gal弱震、大于100gal的1984组强震记录,对比了不同场地类别下,各抗震不利地段井上井下的加速反应谱的平均放大情况。研究表明,从整体上看,斜坡地段作为一般地段与突出地段的过渡,无论在放大周期还是放大系数上,与突出地段的体现出相似的放大特征,但不如突出地段放大幅度明显。随着场地越软,不利地段的反应谱谱比放大峰值对应的周期则明显大于一般地段,这种放大特性会导致反应谱平台宽度明显变宽。研究结果与抗震设计规范规定的1.1-1.6倍的增大系数基本吻合。(四)本研究基于22组Ki K-net和K-NET相邻地表台站组成的台阵,进行研究。研究表明,任一地震事件中,地表地形和土层剪切波速高度一致的两临近台站的仪器地震烈度大小也高度一致。土层稍软的场地记录到的仪器地震烈度明显大于土层稍硬的参考台站。地震动强度增大能够激发局部地形的放大作用。本研究证明4度以上仪器地震烈度是评价场地放大作用的稳定指标,能够较好体现出抗震不利地段与一般地段的仪器烈度差异。当近地表土层剪切波速差值达到100-200m/s时,台站仪器烈度则会产生明显差异。研究表明,对于坡肩、水体附近等不利地段,由场地地形效应引起的仪器烈度增量大约在0.2-0.6度,PGA放大系数约为1.2倍。由软弱土层引起的烈度增大约0.4-0.8度,PGA放大约1.3-1.7倍。(五)基于仪器地震烈度大于或等于4度的16714组地表地震动记录,分别计算在中国场地分类方法下,各抗震不利地段井上井下仪器地震烈度增量与加速度记录的有效峰值加速度EPA、峰值加速度PGA、峰值速度PGV放大系数的关系。统计表明,地震烈度增量与EPA、PGA、PGA放大系数拟合的相关系数普遍在0.8以上。从抗震地段类型上看,对同类型场地,抗震不利地段与有利、一般地段的区别并不大,并没有明显规律。
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