土层反应分析中基岩输入面的深度对结果影响的分析

刘艳春 霍 魁 曾金艳 马秀芳 高云峰

(山西省地震局，山西 太原 030002)



土层反应分析中基岩输入面的深度对结果影响的分析

刘艳春 霍 魁 曾金艳 马秀芳 高云峰

(山西省地震局，山西 太原 030002)

在4个钻孔的基本模型基础上，以20 m为增加间隔，每个钻孔建立4个剪切波速不小于500 m/s深度以下的不同深度的假想基岩输入面，并以同一特定的加速度时程为基岩面地震波输入，采用一维等效线性波动法计算了各模型的地表地震动参数，得到了一些有价值的结论。

基岩输入面，深度，土层反应分析

0 引言

土层地震反应分析给出的具体场地局部条件对地震波的影响特征，对最大工程的抗震设计至关重要。按照目前的有关规范，对于覆盖土层较厚的工程场地，在进行土层反应分析计算过程中，通常选取剪切波速达到500 m/s的深度土层作为假想基岩输入面[1]。而随着城市建设的飞速发展，在覆盖层较厚的盆地内，对于越来越多的高层建筑等需要考虑长周期影响的重大工程，更深的基岩输入面对地震动参数的影响及影响程度如何是具有重要实际意义的研究课题。本文通过选择不同的假想基岩界面深度，采用目前工程界普遍应用的一维等效线性波动法，进行我省4个深厚覆盖层盆地场地地震反应分析,以研究在不同基岩面深度下场地地震反应的变化规律[2]。

1 场地资料及基岩输入面深度的选取

1.1 场地资料

本文选取大同、忻州、太原和临汾4个覆盖层较厚盆地内剖面底部的剪切波速不小于500 m/s的地震钻孔剖面及实测剪切波速数据作为土层反应的基本模型。增加的地层的剪切波速和容重按照剪切波速不小于500 m/s深度以上的实测结果的变化规律进行延拓；剪切模量比和阻尼比则采用基本模型底部的土层参数。

4个土层剖面资料见表1和表2。

表1 大同钻孔和忻州钻孔剖面土层资料

典型的剖面土层反应分析计算所使用的土层剪切模量比(G/Gmax)和阻尼比(λ/λmax)与剪应变(γ)的关系见表3。

表2 太原钻孔和临汾钻孔剖面土层资料

表3 各钻孔剖面典型的剪切模量比

1.2 基岩输入面深度的选取

为定量研究地震基岩面深度的选择对覆盖层较厚场地地震反应的影响，4个场地选取深度的范围详见表4。

表4 地震动输入界面处的土层深度和剪切波速值

2 基岩输入地震动

由于缺少或没有上述4个地区当地的强地震记录,难以直接用当地强震记录作为本研究的输入地震动[3]。本文通过概率地震危险性分析方法获取前两者；根据地震危险性分析所得的结果以及持时参数人工合成基岩地震动加速度时程。以某场点50年超越概率63%，10%，2%三个超越概率水平的危险性分析结果和人造地震波作为各剖面模型的输入地震动，输入的地震动强度分别为0.045g，0.178g，0.342g。输入基岩反应谱见图1，合成的基岩地震动加速度时程曲线见图2。

3 计算结果与分析

3.1 大同钻孔剖面计算结果与分析

图3和图4分别是从土层60 m，80 m，100 m，120 m处输入时所得到的地表峰值加速度和规准反应谱的特征周期值。由两图可以看出，假想基岩面深度的选取对场地地表的地震动峰值加速度及反应谱特征周期产生明显的影响，并且具有一定的规律：1) 随着基岩输入界位置的深度增加，地表地震动峰值加速度值呈降低趋势，但降低的幅度较平缓；而反应谱特征周期呈增加趋势，这两者呈正相关性，但是并不是线性增加。2)不同超越概率的地表地震动峰值加速度值和反应谱特征周期值，随基岩输入面位置变化均相对变化得比较平缓。

3.2 忻州钻孔剖面计算结果与分析

图5和图6分别是从土层76 m，96 m，116 m，136 m处输入时所得到的地表峰值加速度和规准反应谱的特征周期值。其基岩输入面深度的选取对场地地表的地震动峰值加速度及反应谱特征周期的影响规律大致同大同盆地。且随基岩输入面的深度增加，50年超越概率2%的反应谱特征周期的曲线斜率逐渐稍微变陡。

3.3 太原钻孔剖面计算结果与分析

对于太原盆地钻孔剖面，其基岩输入面深度的选取对场地地表的地震动峰值加速度及反应谱特征周期的影响规律大致同忻州盆地。限于篇幅，不另附图。

图7为在不同的基岩输入面埋深时50年超越概率63%，10%和2%的水平地表加速度反应谱。由图7可知：1)随着基岩输入面的深度的增加，场地地表加速度反应谱谱值逐渐减小，而且减小的程度越来越小；2)不同概率水平的加速度反应谱在同一周期处的相对差异随着假想基岩面深度的增加而减小，表现出同峰值加速度相类似的特征；3)随着基岩输入面深度的增加，长周期成分逐渐被放大且变得丰富，并且随着输入地震动强度的增加而逐渐明显。

3.4 临汾钻孔剖面计算结果与分析

对于临汾钻孔剖面，基岩输入面深度的选取对场地地表的地震动峰值加速度及反应谱特征周期的影响规律同大同盆地。限于篇幅，不另附图。

4 结论与讨论

对比四个盆地钻孔剖面的土层地震反应特征，可得出随着基岩输入界面位置的深度增加，四个盆地钻孔剖面的地表地震动峰值加速度值均呈降低趋势，但降低的斜率较平缓；四个盆地的反应谱特征周期值均呈增加趋势，且随着基岩地震输入强度的增加，增加的斜率逐渐变陡。

分析四个盆地加速度反应谱结果的差异，与盆地形成时的地层及地层的软硬程度有很大的关系，四个盆地中的大同、忻州和临汾钻孔剖面的加速度反应谱的差异较小，表明输入界面的深度的变化对场地地表地震动的影响程度与场地土层结构有关，以上三个盆地的土层相对较硬；四个盆地中仅太原盆地钻孔剖面的反应谱曲线表现出随着输入界面深度的增加，长周期成分被明显放大的趋势，且输入地震动强度越大，放大越明显，四个盆地中太原盆地的覆盖土层相对最为深软。故对于太原盆地内需要考虑长周期影响的工程开展地震安全性评价工作，以500 m/s深度土层为地震动输入界面是不安全的，应该尽可能选择更深的基岩输入面。

[1] GB 17741—2005,工程场地地震安全性评价[S].

[2] 陈国兴，陈继华.地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响[J].世界地震工程，2005，21(2)：36-43.

[3] 曾金艳，李自红，陈 文.基岩输入参数对场地地震反应的影响分析[J].西北地震学报，2009，31(2)：112-114.

Analysis on the influence of bedrock input surface depth to results in soil layer response analysis

Liu Yanchun Huo Kui Zeng Jinyan Ma Xiufang Gao Yunfeng

(ShanxiSeismologicalBureau,Taiyuan030002,China)

Based on the basic model of 4 bore holes, with 20 m as increasing intervals, each borehole established the imaginary bedrock input surface with different depth of 4 shear wave velocity not less than the depth below 500 m/s, and taking the same specific acceleration time interval as the bedrock surface seismic wave input, using one-dimensional equivalent linear wave method calculated the surface ground motion parameters of each model, obtained some valuable conclusions.

bedrock input surface, depth, soil layer response analysis

1009-6825(2016)27-0076-03

2016-07-19

刘艳春(1981- )，女，工程师

TU435

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