汶川特大地震汉源震害异常研究

李 平

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080）

汶川特大地震汉源震害异常研究

李 平

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080）

2008年5月12日在汶川发生的8.0级特大地震，是新中国成立以来破坏最强、波及范围最广、救灾难度最大的一次地震。这次历史罕见的地震灾害所造成的巨大破坏，举国震惊，举世关注。距震中近250km的汉源县城为这一特大地震Ⅵ度区内唯一的Ⅷ度异常区，是十分典型而又罕见的远震高烈度异常区。汶川地震发生后，这一现象引起了国内外学者的广泛关注。探索汉源县城震害异常成因，总结其形成条件和地震动特征，对促进场地条件工程抗震影响的研究以及提高工程抗震水平具有重要的理论意义和工程应用价值，本文就这一问题开展了系统的研究。

本文全面系统地归纳、总结和评述了当前本领域的前沿研究成果和相关文献。在整理汶川地震汉源科学考察资料的基础上利用现场震害调查震后科学考察勘察测试所获得的资料，通过理论分析和数值模拟等方法给出了汉源震害异常原因的初步解释，开展了以下几个方面的研究：

（1）开展了汉源县城的震害调查、科学考察和场地勘察工作。汶川地震发生后，防灾科技学院组织部分教师组成科考队对汉源震害异常区进行了全面、深入的考察。野外考察获得了汉源县城详细的震害、地质构造、地震地质灾害、地形地貌、强震台站资料等数据信息；通过场地勘察及试验，获得了场地土层结构和土动力学参数资料。结合震害调查资料，本文采用经验公式法对汉源县城建筑物的自振周期进行分析，得到其破坏较严重结构类型建筑物的自振周期大致范围为0.1～0.6s。

（2）提出了汉源场地输入地震动的确定方法。本文采用人工合成地震动和强震记录反演两种方法来确定汉源县城输入地震动。在人工地震动合成方法中，拟合了汶川地震发震断层下盘的基岩峰值加速度和反应谱衰减关系。分析表明，本文的衰减关系较好地反映了汶川特大地震发震断层下盘的基岩峰值加速度及反应谱衰减规律。根据所得的衰减关系，本文确定了汉源场地的峰值加速度及其反应谱值。结合相关的经验参数，人工合成给出了5组地震动加速度时程。本文提出利用强震记录反演场地输入地震动方法，其做法是把距汉源最近的九襄强震台站作为反演台站，由于位于汉源县城附近22km的九襄强震台有详细的建台资料，并且在汶川地震中获取了宝贵的强震记录，本文利用这些资料，采用一维等效线性化频域分析方法，反演得到水平向EW和NS基岩场地输入地震动时程。分析表明，反演的基岩地震动具有较高的可靠性，可以作为汉源县城输入地震动。

（3）研究了土层结构对汉源震害异常的影响。本文在汉源县城场地通过工程地质勘察获得了场地土层以及土动力学参数试验数据。在此基础上，利用一维等效线性地震反应分析方法分别研究了表层土厚度、卵石层埋深、卵石层厚度、卵石层剪切波速以及最不利工况组合等对汉源县地表地震动的影响。研究结果表明，汉源县城特殊土层结构具有显著的放大效应，该放大效应对汉源县城震害异常有着重要的影响。

（4）研究了地形效应对汉源震害异常的影响。根据汶川地震科学考察现场调查资料，本文分析了汉源县的地形地貌特征，实际测绘出汉源三维地形图，采用二维有限差分法及人工透射边界的原理对地形影响进行了数值模拟，得到各个观测点的传递函数幅值谱，并利用场地传递函数幅值表示放大效应。计算结果表明，汉源县城地形对地震动的放大效应比较明显，地形放大效应显著是汉源震害异常的主要原因之一。

（5）研究了断裂构造对汉源震害异常的影响。采用二维有限差分和透射边界理论方法分析了断裂破碎带与研究点的距离和九襄断裂对汉源县城震害的影响。结果表明，对汉源震害异常可能有影响的断裂为九襄断裂。这是因为，九襄断裂作为一条隐伏断裂，是否通过县城有待进一步研究，但如果这一断裂通过汉源县城，对频带4～9Hz的地震动放大效应更加显著。

综上所述，造成汉源震害异常的主要原因是土层结构、地形效应和断裂对地震动的放大效应。计算结果表明，汶川地震在汉源的放大效应在2.0～10Hz频段内更显著。放大的地表峰值加速度值超过了《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）规定的汉源县城罕遇地震的峰值加速度。这使汉源县城的建筑物遭受了超过设计规范的地震惯性力，导致建筑物破坏，同时其放大效应显著频带与建筑物的自振周期吻合，产生了共振效应更加重了震害，致使汉源县城震害异常

破坏性地震的震害异常现象综合反映了场地条件对地震动响应的程度，它既与场地条件密切相关，又与地震波的传播过程和震源物理过程密不可分，是一极具探索性的研究课题。本文利用汶川地震后现场调查和科学考察获得的部分资料，对汉源震害异常现象做了初步总结和解释。由于震害异常现象的复杂性，本文的认识是粗浅的，如有不当之处，敬请指正。

汶川地震；汉源县城；震害异常；地震反应；场地效应

（作者电子信箱，李平：chinaliping1981＠126.com）

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.011