邯郸市工程地质场地条件与地震动参数关系研究

杨柳

(河北省地震局，石家庄 050021)



邯郸市工程地质场地条件与地震动参数关系研究

杨柳

(河北省地震局，石家庄 050021)

通过对所收集邯郸市地震安全性评价结果和钻孔资料的分析研究，完成邯郸市工程地质场地分区，并对地质分区和地震动参数的关系进行分析，得到土层结构对地震动参数影响的规律，为该区制定防震减灾规划提供参考和基础资料。

场地条件；地震动参数；邯郸市

0 引言

邯郸市位于河北省南端，是国家历史文化名城、中国成语典故之都和中国散文之城、太极之乡，随着城市的发展，城市抗震设防工作逐渐成为城市发展建设的重要工作。本文主要从河北冶金建设集团勘察设计有限公司收集了大量该市工程地质钻孔资料，并根据河北省工程地震勘察研究院等单位在邯郸市完成的地震安全性评价项目中的地质钻孔的等效剪切波速和覆盖层厚度，依据国家标准GB50011-2010《建筑抗震设计规范》和国家标准GB50021-2001《岩土工程勘察规范》(2009版)，对该地区进行工程地质特征分区，并对分区的地震动参数进行统计分析，给出不同工程地质分区在统计意义上的场地地震动参数，并且将探讨土层结构与地震动参数之间的关系，为今后制定防震减灾规划提供参考和基础资料[1]。

1 邯郸市区地震地质特征

邯郸地区华北平原地震构造带由东西2条亚带组成，以西边亚带为主，北起自滦县地区，向南经过唐山、宁河、天津、河间、束鹿、隆尧、沙河、磁县，再向西南经过安阳、汤阴至新乡地区。该带在地质构造上穿过燕山隆起区南部的第四纪坳陷区、华北平原坳陷区中的沧县隆起和邢衡隆起，并沿着临清坳陷与太行山隆起交接地带延伸。

邯郸地区，位于平原和山前丘陵的过渡地带。地貌单位根据新构造类型分为：华北平原沉降区、山前台地及剥蚀缓斜地区和太行山基岩隆起区。

1)华北平原沉降区：

以邯郸断裂为西界的地区，由沙河和滏阳河冲洪积物构成，第四系厚度由西向东从几十米至200～300 m依次递增。在第四纪时，由于断裂的活动形成很多断陷和断隆，断陷和断隆使该地区形成南北分带、东西分块的构造格局，整体处于坳陷状态，邯郸断陷有差异运动。从已经掌握的资料分析，本区地势基本低洼平整，略向北东方向倾斜。

2)山前台地及剥蚀缓斜区：

其西边界是基岩山区与山前堆积区边界，以邯郸断裂(太行山山前断裂带)为东边界，是太行山基岩隆起区与华北平原沉降区的过渡地带。该区属于山前地带台地及剥蚀缓斜地区地貌单元。唐县面是本区发育的一级夷平面，是晚第三纪晚期的剥蚀面，海拔在200 m左右，分布比较广泛，在山前和主要河流两侧的丘陵及台地区均有分布。

3)太行山基岩隆起区

其东边界基本上是山前堆积区与基岩山区边界，该单元主要为侵蚀中山、低山及丘陵台地隆起区。本单元海拔高度由西北部的1 000 m向东南逐渐下降至200 m左右。区内发育有两级夷平面，Ⅰ级夷平面(北台期面)形成于第三纪早期，海拔高度在1 000 m以上，在中山区保留有该夷平面的残留面；Ⅱ级夷平面为中新世的构造剥蚀面，以海拔400～800 m的低山区和丘陵区最为发育。

邯郸凹陷，分别以邯郸断裂和临漳断裂为其西界和东界，北以NWW向的曲陌断裂为界与任县凹陷相连，南以NWW向的磁县断裂为界与内黄隆起相隔。

在邯郸凹陷，由于强烈的断陷作用发生在新生代期间，致使新生代沉积厚度约5 000 m。晚第三纪时，邯郸断陷东边界的临漳断裂带强烈活动，成为该断裂的主体活动带，在断裂的下降盘一侧形成2个沉降中心，即邯郸东南的沙河次凹和临漳西的范营次凹。其中，沙河次凹下第三系底界埋深约5 500 m，范营次凹下第三系地界埋深约4 000 m，使邯郸断陷表现为东断西超的形态。人工地震成果表明，临漳断裂始新统底界落差约3 000 m，上第三系底界落差约200 m。晚第三纪以来，断陷强烈活动转移到西界—邯郸断裂上，下降盘上第三系底界埋深在永年北杜村为711 m、邯郸马头大于1 004 m，上升盘上第三系埋深一般为300～400 m，马头附近断裂两侧上第三系底界落差大于400 m。第四纪以来，断陷活动一直持续，第四系下降盘在邯郸为290 m，上升盘一般直接出露早更新世地层，最厚约25 m，两侧差异幅度在北段为30 m、邯郸附近为250 m，显示出邯郸一带差异运动最强，向北逐渐变弱。

2 邯郸市工程地质分区

2.1 地质特征分区

工程地质特征划分主要依据场地等效剪切波速、场地覆盖层厚度和场地土层分布特点等因素。我们收集了邯郸市200余个钻孔资料，这部分钻孔基本是按照《工程场地地震安全性评价》(GB17741—2005)要求布设的，钻孔深度较深，钻孔分布见图1。

2.2 工程地质特征分区场地条件

根据收集到的钻孔资料,分析表明：邯郸市区地层存在2种不同的地质分区(图2，表1)。

图1 收集钻孔分布图

图2 邯郸市地质特征分区图

分 区亚区地层年代工程地质特征范围&地貌地形坡地/(%)主要持力层地层情况承载力/kpa&压缩性地貌水位/m地基土特征场地类别丘陵区Ⅰ冰碛湖相沉积亚区Ⅰ1N插箭岭西、北,赵王城西南;地貌属山前残丘倾斜平原2.0～5.0棕褐、灰绿色粘土、粉质粘土,夹砂砾石薄层>200中低压缩性土1.5～6.5膨胀土地基,地层建筑须进行地基处理Ⅱ类冲、洪积沉积亚区Ⅰ2Q+N市区西部中段,地貌属丘间沟谷、山前倾斜平原1.0～3.0新近沉积黄褐色粉质粘土、粉土;河漫滩相松散砂砾,下卧层为较坚硬的混砂砾粘土层120中压缩性土4.0～10.0地基基础直接持力层性质较好Ⅱ类平原区Ⅱ冲、洪积沉积亚区Ⅱ1Q市区中南部;地貌属滏阳河、渚河冲洪积平原0.5～1.5新近沉积黄褐色粉质粘土、粉土;下部为4～8m厚的灰黑、灰褐色软粘性土层,多见转瓦片、草木灰、小螺壳等,下卧层为一般粘性土,工程性质较好120中压缩性土5.0～15.0地基基础直接持力层性质较好Ⅲ类冲、淤积沉积亚区Ⅱ2Q市区的东北部;地貌属滏阳河、淤积平原0.5～1.5同Ⅱ1,但地下水位较浅,土质较软弱,地基土局部轻微液化90中高压缩性土1.0～5.5地基持力层性质较差,多层建筑均须进行地基处理Ⅲ类冲积沉积亚区Ⅱ3Q市区东南部;地貌属洪积平原(漳河故道)0.5～1.5主要持力层上部为较厚的粉细砂(4～8mm),分选较好,层理明显,下部为灰黑、灰褐色粘性土层,下卧层为一般粉粘性土110～130中压缩性土1.0～11.5地基基础直接持力层性质较好Ⅲ类

通过以上分析，不同的工程地质特征分区反映了该地区区域地质条件、土层软硬和覆盖层厚度等分布趋势，同一工程地质区工程地质条件较为一致[2]。

3 工程场地地震动参数统计分析

地震引起的灾害与场地条件有直接关系，不同场地有不同厚度和不同性质场地覆盖层，震害异常与这些覆盖层有很大的关系。在地震中，建筑物的破坏主要有2种形式：一种是直接由地震震动本身引起建筑物破坏；另一种是由于地震的震动引起地基失效(如砂土液化、喷砂冒水等)对建筑物的破坏。这2种形式的破坏都是由地震动造成的。地震动除受地震本身影响外，还受场地条件的影响，诸如覆盖层厚度、结构、性质等因素的影响。所以，对于城市规划和抗震，我们需要研究场地地震动特性和工程地质条件之间的关系[3]，而表征工程场地设计地震动的2个重要参数是地震动峰值加速度PGA和反应谱特征周期Tg。我们收集并分析了200余份邯郸市的地震安全性评价成果，统计得到了2个分区的平均土层动力模型(表2～3)。模型中，土类参数使用中国地震局行业标准中推荐的值及常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究的结果[6]，根据一维剪切波传播理论计算土层反应的地表加速度时程，从而求得地表加速度峰值和反应谱(图3)，并计算得到了邯郸市区2个工程地质区工程场地对应于50年超越概率63%(多遇地震)、50年超越概率10%(基本地震)和50年超越概率2%(罕遇地震)的地表水平向设计地震动加速度反应谱的特征周期平均值(5%阻尼比)[4](表4)。

表2 Ⅰ区场地钻孔计算场地模型资料

表3 Ⅱ区场地钻孔计算场地模型资料

图3 地表水平向地震动加速度反应谱及设计地震动反应谱(50年超越概率)

统计场地数Ⅰ区63Ⅱ区13950年超越概率63%10%2%63%10%2%PGA均值5215129846148285特征周期均值0.320.390.480.390.450.52

通过表4可以发现2个工程地质分区中，不同超越概率的地表加速度峰值(PGA)和特征周期(Tg)取值存在显著差异。

3.1 地表加速度峰值PGA

图3和表4明显可以看到，Ⅱ区(平原区)的数值明显较Ⅰ区(丘陵区)数值低，结合土层力学参数和朱国祥研究说明较厚软弱土层对加速度放大较小[7]，这一点在很多地震安全性评价报告中也得到了证实。

3.2 特征周期Tg

2个工程地质分区中，相同超越概率水平的特征周期Tg也存在显著差异，相同超越概率水平下Ⅱ区(平原区)的特征周期均比Ⅰ区(丘陵区)特征周期大，说明特征周期随着土的变软而增大。根据胡聿贤的研究成果，覆盖层情况对特征周期也有重要影响，即较硬覆盖层的场地地震动的高频分量丰富[5]，对应的特征周期较小(如Ⅰ区)。

4 结论与建议

本文根据钻孔情况将邯郸市分为2个工程地质分区，根据搜集的资料给出了不同地质分区在统计意义上的反应谱特征周期的平均值，并且探讨了土层结构对地震动参数影响的规律，给出的不同地质分区的特征周期统计平均值可以作为本区设计地震动参数的参考。

在实际工作中，每个分区各个场址的覆盖层性质和厚度也不尽相同，在确定工程场地的设计地震动参数过程中，应根据工程的重要程度以及场地条件的具体情况，参照工程场地所在区的地震动参数平均值加以调整。

[1] 彭艳菊，吕悦军，施春花，等.北京平原区地震工程地质条件及地震效应[J]．国际地震动态，2012(6)：145．

[2] 刘辉．江苏徐州市区地基土工程地质分区及岩土工程问题[J].中国煤炭地质，2011，23(5)：31-34．

[3] 窦远明，余建星，赵欣，等.城市抗震设防区划中设计地震动参数的确定[J].地震工程与工程振动，2002， 22(1)：39-42．

[4] 窦远明，赵欣，刘熙媛，等.保定市市区抗震设防区划中设计地震动参数的确定[J] .河北工业大学学报，2001，30(5)：39-42．

[5] 胡聿贤．地震工程学[M]．北京：地震出版社，1988：632-642．

[6] 袁晓铭，孙锐，孙静，等．常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究[J]．地震工程与工程振动，2000(4)：133-139.

[7] 朱国祥．土层地震反应分析中不同参数的敏感性分析[J]．工程抗震，2004(3)：28-32．

Relationship between Ground Motion Parameters and Engineering Geological Conditions in Handan City

YANG Liu

(Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China)

In this paper,based on the borehole data and results of the seismic safety assessment in Handan city during the last few years,the relationship between the geological area and the ground motion parameters in Handan city is studied.The study may provide reference and basic data for the formulation of earthquake prevention and disaster reduction in the future.

site condition; ground motion parameters；Handan city

杨柳．邯郸市工程地质场地条件与地震动参数关系研究[J]．华北地震科学，2016，34(4):67-72.

2016-05-19

河北省1∶25万地震构造图编制(DZ20150504104)

杨柳(1988—)，女，河北石家庄人，助理工程师，主要从事工程抗震研究．E-mail：249924325@qq.com.

P315．91

A

1003-1375(2016)04-0067-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.011