土层场地地震记录正反演结果比较研究

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大量地震灾害资料表明,不同的场地条件对于地震动参数的影响非常显著。我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)和《中国地震动区划图》(GB18306-2015)中对场地的影响也有明确要求,场地地震动峰值加速度调整系数就是其中主要参考因素之一。目前,地震动峰值加速度调整系数的确定主要采用两种方法:一种方法是根据实际地震动的观测记录,如由井下台阵的加速度记录统计得到;另一种方法是利用人为构造的场地模型,采用等效线性化数值方法模拟得到。由于井下加速度记录包含了入射地震波和反射地震波,通过井下台阵加速度记录得到的场地放大系数与通常规定的地表加速度与基岩输入加速度得到的场地放大系数之间存在误差。论文提出了一种结合井下台阵强震记录,通过数值模拟的方法分析一维土层模型的地震动响应,从而计算场地地震动峰值加速度调整系数的统计方法。另外,还通过反演的方法,对不同深度和不同剪切波波速的基岩界面输入地震波对地表地震动响应的影响进行了讨论。主要研究内容如下:一、首先根据本文采用的地震动记录的筛选条件,即选取的地表峰值加速度PGA大于等于0.018g,且震级M≥5,震源深度小于等于50km,震中距R≤100km,从Ki K-net强震台网中选取了73个台站的262组水平向地震记录,每组地震记录均包括台站钻孔地表及其相应的孔底基岩加速度记录,共计524条加速度记录,并按照峰值加速度强度分档和场地分类标准分为28组,然后根据各台站场地土层信息建立了相应的73个一维土层计算模型。二、根据建立的73个场地的一维土层模型,利用SHAKE91程序进行一维土层等效线性化地震反应分析。定义场地地震反应放大倍数为地表有效峰值加速度除以露头基岩有效峰值加速度。首先由孔底加速度记录正演计算地表加速度和露头基岩加速度,得到各类场地正演计算结果的放大倍数统计值;然后由地表加速度记录反演计算露头基岩加速度,得到了各类场地反演计算结果的放大倍数统计值;再取正、反演结果的平均值作为场地最终放大倍数,最后给出了场地有效峰值加速度的调整系数aF。三、从上述资料中挑选出部分Ⅱ类和Ⅲ类场地的台站共39个及相应加速度记录97条,对应每一个钻孔,假定了2个地震波输入基岩界面,一个为规范规定的基岩面(剪切波速大于等于500m/s,称为输入面1),另一个为钻孔底部的基岩面(实际剪切波速远大于500m/s,称为输入面2),分别建立了不同深度的土层计算模型。采用一维等效线性化的方法分析土层地震反应,由地表加速度记录反演计算得到基岩输入界面1和界面2的输入地震动,并分别计算了界面1和界面2的峰值加速度PGA比值和有效峰值加速度EPA比值。经比较,在不同的地表地震动强度输入下,无论是Ⅱ类还是Ⅲ类场地,界面1和界面2的PGA比值和EPA比值基本上介于1.0-3.0之间。显然,当基岩输入面越深,剪切波速越大,地表加速度放大效应越明显,因此,基岩输入面的选取对地表地震动有很大影响。最后,论文对该研究方向以后的工作进行了展望。
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