以基岩深度和VS30为场地参数的非线性场地效应模型及其地震动衰减关系研究

摘要

地震动衰减关系是地震灾害分布图绘制及工程抗震设计的重要工具,其包括震源效应项、路径效应项和场地效应项。场地效应项是地震动衰减关系的重要部分,也是近年来一直是研究的重点,一方面,目前大多数地震动衰减关系,多以VS30(地表以下30m平均剪切波波速)或者场地周期TS(4倍剪切波从基岩深度到地表的时间)作为场地项参数,然而有一些研究表明:VS30不能很好地反映深厚土层场地动力特性。在描述场地效应方面,场地周期TS相对于VS30有更好的中值发大比,被认为是比VS30更好的参数,但是场地周期TS的获取需要不同深度的土层剪切波波速,工程勘探成本高;另一方面,由于含有有效土体非线性的强震记录匮乏,很难通过地震记录直接回归非线性场地效应模型。考虑到这两个方面,本文利用与场地周期TS强相关性的新参数TH=4Hrock/VS30(Hrock为基岩深度,若深度小于30m,Hrock取30m)代替TS和VS30作为场地项的参数。以日本KiK-net台站中293个具备详细土层参数信息的场地为背景,建立一维场地非线性模型,选用KiK-net、PEER数据库中529条岩石场地水平强震记录作为基岩输入,并通过随机效应模型回归反应谱放大比,具体步骤如下:
　　(1)以VS≥760m/s,判定为基岩层,并确定KiK-net台站293个场地的基岩深度Hrock。依据土层的深度及剪切波波速并在一个给定范围内随机选取土层的非线性模型,用SHAKE程序等效线性分析方法计算地表-露头基岩反应谱谱比;
　　(2)首先选取一维非线性经验模型拟合反应谱放大比,然后采用残差分析方法检验经验模型参数,以残差分布图判定参数是否有效,并采用统计检验判定参数是否显著,重复残差分析步骤,直至模型包含所有显著项参数,最终确定考虑基岩反应谱、TH、阻止抗比、震级、震源距的场地非线性模型;
　　(3)本文运用随机效应模型回归方法,回归出非线性放大模型的各参数系数值,并通过平滑得到各个谱周期上参数的最终系数值,且保证平滑后最大似然函数值减小幅度不超过5％;
　　为了克服一维模型的局限性,需要调整本文一维非线性场地效应模型,使得在基岩反应谱值较小时,本文计算得到的放大比与GMPE中的基岩场地放大比相等,在基岩反应谱值较大时,保证最终模型的临界反应谱值与本文模型的临界反应谱值。

目录

声明

摘要

第1章．绪论

1．1 研究背景和研究现状

1．2 研究现状

1．2．1 地震动衰减关系的研究现状

1．2．2 非线性场地效应的研究现状

1．3 现研究现状小结

1．4 技术路线

第2章．地震动数据及场地非线性反应分析

2．1 概述

2．2 地震数据及场地参数

2．2．1 KiK-net和PEER数据

2．2．2 伪场地周期的确定

2．3 土层场地地震反应分析方法

2．3．1 等效线性化法

2．3．2 非线性分析方法

2．4 一维场地放大比计算

第3章．非线性场地放大模型建立

3．1 概述

3．2 确定场地非线性模型形式

3．2．1 选择初始模型

3．2．2 扩展方程参数

3．2．3 残差分析

3．3 模型拟合方法

3．3．1 随机效应回归法

3．4 参数系数的平滑

3．5 本章小结

第4章．模型结果分析

4．1 反应谱分析

4．1．1 不同工况的反应谱

4．1．2 临界反应谱值

4．2 标准差分析

第5章．以GMPE数据调整非线性场地放大模型

5．1 调整原因

5．2 调整方法

5．3 调整结果

结论与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

参考文献