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【摘 要】东营地区基岩埋深大，100m无法钻至基岩输入界面且土层剪切波速无法达到500m/s，基于此拟合了55个钻孔的土层剪切波速得到东营地区土层剪切波速规律，改进了现有土层地震反应分析模型。改进后模型的地震动加速度反应谱曲线族波动程度减小，降低了地震动加速度设计谱的归准设计难度。
【关键字】地震安全性评价；土层地震反应分析模型；基岩输入界面
引言
地震安全性评价中的地震动参数关系到结果的准确性，影响到抗震设防的安全与经济投入。结合在东营地区开展的地震安全性评价工作，从工程场地地震反应分析的土体参数着手，改进工程场地土层地震反应分析模型。土层地震反应分析模型示意图如图1所示，模型包括每一层的土层厚度（h）、容重（ρ）、土层剪切波速（Vs）、土类等参数。
现有的模型将100m钻孔深度作为基岩输入界面，没有考虑100m以下的参数。改进后的模型假定基岩输入界面为土层剪切波速等于500m/s的层面。
一、土层地震反应分析模型的改进
工程场地土层地震反应分析模型的建立即确定各层的厚度、土层剪切波速、土体容重值、土体类型等参数。以某工程场地地震安全性评价项目为例，对原有土层地震反应分析模型进行改进。
1、土层剪切波速确定
使用北京大地华龙公司廊坊分公司出产的XG-I型波速测试仪进行土层的剪切波速测试。以东营地区55个钻孔的土层剪切波速作为数据来源。
采用3种模型拟合的经验关系参数值列于表1中。土层剪切波速Vs与土层深度H的拟合效果见图2。
表1 东营地区场地土层Vs-H拟合模型参数值
模型 a b c d
1 155.4 2.773 —— ——
2 —— —— 91.05 0.323
3 101.5 4.959 58.31 0.428
从图2中可以看出，线性函数关系模型1的拟合效果最不理想，不符合东营地区土层剪切波速随土层深度的变化关系；幂函数关系模型2的拟合效果较为理想，但在土层深度大约30m发生转折的位置以上不能很好拟合，且现场实测数据点未能均匀分布于拟合曲线两侧，分布趋势不太理想。线性函数、幂函数分段形式的模型3的拟合效果比较理想，可以比较好的反映东营地区土层剪切波速随土层深度增大而增大的变化趋势。
2、基岩输入界面的确定
由表1得到Vs公式并外推结果得到场地的基岩输入界面约为151.5米。
3、土层容重值确定
55个钻孔在80m以后均为砂层和粉质粘土互层，因此假定100m以下土层分布为砂层和粉质粘土互层，砂层的容重数据可由规范值获得，而粉质粘土容重值则由已测得的数据拟合曲线后合理外推。以55个钻孔抽取的288个土样容重值为数据来源，得到了土样容重值拟合效果如图3所示。
从图3中看出，30m之前，土样容重值分布较分散，30m～100m范围，土样容重值线性规律比较明显，得到ρ与H的关系式为ρ=0.0205H+18.9。
4、工程场地土层地震反应分析模型的改进
（1）土层厚度和土类确定
前100m据实测确定，100m～151.5m（基岩输入界面）土层厚度每层3.5m，土类按照砂层和粉质粘土层互层的模式。
（2）土层容重值和土层剪切波速确定
前100m据实测得到，100m～151.5m的数据分别由Vs-H和ρ-H关系式得到。
二、效果检查
以某工程场地地震安全性评价项目为例，对比土层地震反应分析模型改进前后最终计算结果的差别。
根据土层地震反应分析模型改进前后的参数值，以50年超越概率2%为例，使用改进前后的模型分别进行了地震反应分析计算，得到了工程场地地表水平向地震动加速度反应谱（图4中曲线族），并参考GB18306-2001《中国地震动参数区划图》和GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中有关设计反应谱的确定方法和取值，得到了工程场地地震动加速度的设计谱（图4中折线）。
对比图4中各超越概率下的地震动加速度反应谱和设计谱可以看出：
（1）由地震动加速度反应谱推定的设计谱基本一致，由此反映出改进后的土层地震反应分析模型对地震动加速度反应谱的标定无影响，改进后的模型切实可行。
（2）改进后模型的地震动加速度反应谱曲线族波动程度比改进前模型曲线族的波动程度要小，有利于确定地震动加速度设计谱的拐点及平台高度，减少了地震动加速度设计谱的归准设计难度。
三、总结及展望
由实测的土层剪切波速拟合出Vs-H变化关系式，获得100m以下的土层剪切波速值，在此基础上合理外推得到基岩输入界面，补充了终孔深度100m至基岩输入界面的模型参数，对东营地区工程场地土层地震反应分析模型进行了改进，对计算得出的地震动加速度反应谱进行归准设计，降低了地震动加速度设计谱的归准设计难度。
此次改进的土层地震反应分析模型中土层剪切波速拟合过程未考虑土体类型对波速的影响，在积累一定数目钻孔土层分层记录的基础上，可以将土体类型因素考虑进来，进一步提高土层剪切波速和基岩输入界面推定的准确性；此次100m至基岩界面的土体类型假定为砂层和粉质粘土互层，不一定符合实际土层分层状况，可以打一口至实际基岩面的钻井，做好土层编录，为土层模型中土体类型的假定提供实际依据。
【关键字】地震安全性评价；土层地震反应分析模型；基岩输入界面
引言
地震安全性评价中的地震动参数关系到结果的准确性，影响到抗震设防的安全与经济投入。结合在东营地区开展的地震安全性评价工作，从工程场地地震反应分析的土体参数着手，改进工程场地土层地震反应分析模型。土层地震反应分析模型示意图如图1所示，模型包括每一层的土层厚度（h）、容重（ρ）、土层剪切波速（Vs）、土类等参数。
现有的模型将100m钻孔深度作为基岩输入界面，没有考虑100m以下的参数。改进后的模型假定基岩输入界面为土层剪切波速等于500m/s的层面。
一、土层地震反应分析模型的改进
工程场地土层地震反应分析模型的建立即确定各层的厚度、土层剪切波速、土体容重值、土体类型等参数。以某工程场地地震安全性评价项目为例，对原有土层地震反应分析模型进行改进。
1、土层剪切波速确定
使用北京大地华龙公司廊坊分公司出产的XG-I型波速测试仪进行土层的剪切波速测试。以东营地区55个钻孔的土层剪切波速作为数据来源。
采用3种模型拟合的经验关系参数值列于表1中。土层剪切波速Vs与土层深度H的拟合效果见图2。
表1 东营地区场地土层Vs-H拟合模型参数值
模型 a b c d
1 155.4 2.773 —— ——
2 —— —— 91.05 0.323
3 101.5 4.959 58.31 0.428
从图2中可以看出，线性函数关系模型1的拟合效果最不理想，不符合东营地区土层剪切波速随土层深度的变化关系；幂函数关系模型2的拟合效果较为理想，但在土层深度大约30m发生转折的位置以上不能很好拟合，且现场实测数据点未能均匀分布于拟合曲线两侧，分布趋势不太理想。线性函数、幂函数分段形式的模型3的拟合效果比较理想，可以比较好的反映东营地区土层剪切波速随土层深度增大而增大的变化趋势。
2、基岩输入界面的确定
由表1得到Vs公式并外推结果得到场地的基岩输入界面约为151.5米。
3、土层容重值确定
55个钻孔在80m以后均为砂层和粉质粘土互层，因此假定100m以下土层分布为砂层和粉质粘土互层，砂层的容重数据可由规范值获得，而粉质粘土容重值则由已测得的数据拟合曲线后合理外推。以55个钻孔抽取的288个土样容重值为数据来源，得到了土样容重值拟合效果如图3所示。
从图3中看出，30m之前，土样容重值分布较分散，30m～100m范围，土样容重值线性规律比较明显，得到ρ与H的关系式为ρ=0.0205H+18.9。
4、工程场地土层地震反应分析模型的改进
（1）土层厚度和土类确定
前100m据实测确定，100m～151.5m（基岩输入界面）土层厚度每层3.5m，土类按照砂层和粉质粘土层互层的模式。
（2）土层容重值和土层剪切波速确定
前100m据实测得到，100m～151.5m的数据分别由Vs-H和ρ-H关系式得到。
二、效果检查
以某工程场地地震安全性评价项目为例，对比土层地震反应分析模型改进前后最终计算结果的差别。
根据土层地震反应分析模型改进前后的参数值，以50年超越概率2%为例，使用改进前后的模型分别进行了地震反应分析计算，得到了工程场地地表水平向地震动加速度反应谱（图4中曲线族），并参考GB18306-2001《中国地震动参数区划图》和GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中有关设计反应谱的确定方法和取值，得到了工程场地地震动加速度的设计谱（图4中折线）。
对比图4中各超越概率下的地震动加速度反应谱和设计谱可以看出：
（1）由地震动加速度反应谱推定的设计谱基本一致，由此反映出改进后的土层地震反应分析模型对地震动加速度反应谱的标定无影响，改进后的模型切实可行。
（2）改进后模型的地震动加速度反应谱曲线族波动程度比改进前模型曲线族的波动程度要小，有利于确定地震动加速度设计谱的拐点及平台高度，减少了地震动加速度设计谱的归准设计难度。
三、总结及展望
由实测的土层剪切波速拟合出Vs-H变化关系式，获得100m以下的土层剪切波速值，在此基础上合理外推得到基岩输入界面，补充了终孔深度100m至基岩输入界面的模型参数，对东营地区工程场地土层地震反应分析模型进行了改进，对计算得出的地震动加速度反应谱进行归准设计，降低了地震动加速度设计谱的归准设计难度。
此次改进的土层地震反应分析模型中土层剪切波速拟合过程未考虑土体类型对波速的影响，在积累一定数目钻孔土层分层记录的基础上，可以将土体类型因素考虑进来，进一步提高土层剪切波速和基岩输入界面推定的准确性；此次100m至基岩界面的土体类型假定为砂层和粉质粘土互层，不一定符合实际土层分层状况，可以打一口至实际基岩面的钻井，做好土层编录，为土层模型中土体类型的假定提供实际依据。