区域性场地地震动放大研究及应用

摘要

场地类别的划分国际上大多采用场地地表30米的剪切波速Vs30指标,通常场地Vs30的测量是依靠打钻孔来实现的,然而区域性场地Vs30仅依靠打钻孔显然不切实际,为此需要研究较为精确的方法对区域性场地 Vs30进行估算。Vs30是量化地震动的场地放大系数的重要指标,其中场地的放大系数研究通常采用地表基岩参考场地谱比法,在此过程中基岩参考场地的选取到底采用哪些标准比较合理还值得深入研究,另外对于地表_井下强震观测台阵,采用井下基岩参考场地谱比法估算土层场地放大存在的问题也有待解决。场地放大在建筑抗震设计中也给予了充分的考虑,然而我国当前抗震设计规范没有完全考虑不同场地条件下地震动的显著差异,对于不同场地类别仅改变设计反应谱形状,平台值没有改变,因此如何得到基于中国场地分类的场地放大系数对我国设计反应谱的平台值进行调整十分关键。另外,近年来随着长周期建筑物的增多,对长周期地震动场地放大特征和我国抗震设计反应谱长周期段的可靠性进行研究具有重要的意义。目前,我国地震动生成系统技术手段比较落后,开发考虑场地放大效应的新型地震动生成系统有待进一步探索。主要研究内容包括：
　　⑴区域性场地Vs30估算与PGA放大系数研究。提出了综合考虑地质和地形坡度的场地 Vs30估算方法,以广东省区域为研究对象绘制了该区域场地Vs30分布图。并结合工程钻孔资料提出了基于钻孔的场地 Vs30的修正方法,借助该方法实现了广东省和汶川区域场地Vs30的修正。经过统计分析得到Vs30与峰值加速度放大系数经验关系式,绘制了汶川区域的场地放大系数和PGA分布图,通过对比发现场地Vs30估算和修正方法,提高了区域性场地 Vs30估算精度,该成果具有广泛的应用价值。
　　⑵标准参考场地选取与深度校正模型。通过对基岩场地场地放大效应的研究,分析了欧美基岩参考场地选取指标Vs30的局限性,给出基岩参考场地的选取应同时采用Vs30和卓越频率f0双重标准,并验证了采用双重指标的合理性。对于地表和井下台阵,为了克服井下基岩参考场地谱比法缺陷,分析了井下基岩参考场地谱比法计算场地放大系数时钻井深度造成的影响,提出了井下基岩参考场地谱比法深度校正模型,并分析了该模型的合理性,得出深度校正模型对井下基岩参考场地谱比法计算场地放大效应十分可靠。
　　⑶中国场地分类标准的场地放大系数研究。为了得到我国抗震规范设计反应谱的场地放大系数短周期 Fa和中等周期Fv,在获取133个日本KiK-net台网地表与井下台站强震观测数据和钻孔资料的情况下,按照中国的场地分类标准对KiK-net台网台站场地进行了分类。利用井下基岩参考谱比法、深度校正和几何平均,得到每个台站场地的平均谱比。计算平均谱比在0.1~0.5s和0.5~2.0s周期范围内的平均值,按照I类基岩场地放大系数进行标准化得到短周期Fa和中等周期Fv,通过对比分析发现本文的Fa和Fv较为合理,该成果对实现我国设计反应谱平台值的调整非常有效。
　　⑷厚覆盖土层场地放大特征分析。在获取汶川5.12地震主震和余震强震记录的基础上,计算了渭河盆地27个台站强震记录东西与南北向的PGA和周期分别为0.1s、5.0s和10.0s反应谱值,采用空间插值法分析了PGA和不同周期反应谱值空间变化的宏观特征,结果表明渭河盆地第四纪覆盖层厚度对长周期地震动具有一定的控制作用。为了对长周期地震动特征进行深入研究,分别对比分析了加速度反应谱随场地、震级和距离因素影响的变化规律,并将汶川地震主震C+D类场地反应谱与我国现行抗震规范II类场地反应谱进行比较,认为现行规范谱应用于长周期结构的抗震设计显然有不足之处,本文的研究成果对抗震设计地震波选取和考虑长周期部分的可靠性具有一定的意义。
　　⑸考虑场地特征的地震动快速生成系统。概述了我国强震观测技术的发展现状,提出了准实时地震动速报系统中断层、极震区和宏观震中快速评估方法,结合本文区域性场地Vs30估算和场地放大系数成果,开发了考虑场地特征地震动快速生成系统。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外规范场地分类方法概述

1.3场地效应研究方法概述

1.4厚覆盖土层场地放大特征分析

1.5 我国强震观测技术的发展

1.6主要研究内容及章节安排

第二章 区域性场地Vs30估算与PGA放大系数研究

2.1引言

2.2地质成因和地形坡度的场地分类方法

2.3地质成因与地形坡度综合场地Vs30估算模型

2.4 Vs30估算的修正模型(史大成，2012)[52]

2.5 Vs30与峰值加速度PGA放大系数的经验关系

2.6在汶川地震中的应用

2.7小结

第三章 标准参考场地选取与深度校正模型

3.1引言

3.2基岩参考场地的选取标准研究

3.3深度校正模型研究

3.4小结

第四章 中国场地分类标准的场地放大系数研究

4.1 引言

4.2 Kik-net台站场地分类

4.3 KiK-net台网钻井下与地表台阵

4.4 KiK-net台站场地放大系数

第五章 厚覆盖土层场地放大特征分析

5.1引言

5.2汶川5.12地震强震记录

5.3厚覆盖土层影响的长周期地震动分布宏观特征

5.4基于ShakeMap的汶川地震反应谱影响场

5.5长周期地震动随场地条件、震级及距离变化特征

5.6与规范谱的比较

5.7小结

第六章 考虑场地特征的地震动快速生成系统

6.1引言

6.2地震动生成速报系统(ShakeMap)

6.3 结论

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间负责和主要参与的课题

攻读博士期间发表的主要论著