李春鋒

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陜西省地震局，西安 710068

近斷層脈沖型地震動(dòng)的長周期效應(yīng)

李春鋒1，2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陜西省地震局，西安 710068

近斷層地區(qū)是地震破壞最嚴(yán)重的地區(qū)，而脈沖型地震動(dòng)是近斷層地震動(dòng)獨(dú)有的特征。速度脈沖可能對近斷層的長周期結(jié)構(gòu)有巨大的潛在破壞能力?；谶@種情況，本文選擇了近斷層脈沖型地震動(dòng)的長周期地震動(dòng)效應(yīng)作為研究對象，希望給近斷層長周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防帶來啟示。

（1）用典型的脈沖型地震動(dòng)的實(shí)例及我國近年來部分近斷層（或近震中）的強(qiáng)震記錄進(jìn)行近斷層脈沖型地震動(dòng)長周期特性的分析。分析表明，方向性效應(yīng)及永久位移效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖型地震動(dòng)，在垂直于斷層走向（FN）及平行于斷層走向（FP）的方向上表現(xiàn)出明顯不同的特性（即極化現(xiàn)象）。FN分量上出現(xiàn)脈沖的幾率更高、脈沖更顯著；FN分量上的地震動(dòng)峰值普遍比FP分量上的高；FN分量上的長周期地震動(dòng)反應(yīng)譜的譜值普遍比FP分量的高。值得注意的是，有的強(qiáng)震記錄的速度脈沖明顯，有的卻以隱含脈沖的形式出現(xiàn)。

（2）由于Mavroeidis近斷層速度脈沖模型能很好地反映近斷層地震動(dòng)的特征，因此，本文用Mavroeidis近斷層脈沖型地震動(dòng)模型模擬了速度脈沖周期不同的脈沖型地震動(dòng)時(shí)程（峰值速度相同，速度脈沖的周期不同），進(jìn)行單自由度體脈沖型地震動(dòng)長周期彈性及彈塑性地震反應(yīng)分析，重點(diǎn)研究速度脈沖的周期對單自由度體長周期地震反應(yīng)的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，速度脈沖的周期對單自由度體的長周期地震動(dòng)彈性及彈塑性反應(yīng)有很大的影響。在彈性反應(yīng)中，速度脈沖周期越大，短周期的地震反應(yīng)越小，長周期的地震反應(yīng)越大。在彈塑性反應(yīng)中，脈沖周期對加速度反應(yīng)譜及位移反應(yīng)譜的影響和彈性反應(yīng)的情況類似：隨著脈沖周期的增大，長周期加速度和位移反應(yīng)譜的譜值升高。隨著脈沖周期的增大，速度反應(yīng)譜的突起向右移動(dòng)，但譜值的變化規(guī)律不強(qiáng)。另外，隨著延性系數(shù)增加，加速度反應(yīng)譜的長周期譜值減小，位移譜的長周期譜值升高，速度譜的長周期部分變化的規(guī)律性不強(qiáng)。

（3）用兩條實(shí)際的脈沖型地震動(dòng)（9·21臺(tái)灣集集地震的TCU068臺(tái)EW向及TCU075臺(tái)EW向主震記錄）的彈性反應(yīng)譜作為目標(biāo)譜，分別合成兩條加速度時(shí)程。選擇兩條時(shí)程是為了避免選擇樣品時(shí)的隨機(jī)性。合成時(shí)程中沒有速度脈沖信息，但它們和實(shí)際的脈沖型地震動(dòng)有相同的峰值加速度及彈性反應(yīng)譜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原始的脈沖型地震動(dòng)和合成地震動(dòng)在單自由體長周期彈塑性地震反應(yīng)中表現(xiàn)出完全不同的特性。隨著延性系數(shù)的增加，相比之下，脈沖型地震動(dòng)的長周期地震反應(yīng)更強(qiáng)烈。我們認(rèn)為這種不同可能是由速度脈沖造成的。

（4）我們用集中質(zhì)量的顯式有限元內(nèi)點(diǎn)計(jì)算方法及人工邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法來模擬二維復(fù)雜場地對上述9·21臺(tái)灣集集地震的TCU068臺(tái)EW向及TCU075臺(tái)EW向主震記錄的原始記錄和合成記錄的場地地震反應(yīng)。結(jié)果表明，在短周期及中周期部分，復(fù)雜場地對原始記錄和合成記錄的響應(yīng)有一定的差別，有時(shí)差別很大。在長周期部分，復(fù)雜場地對原始記錄和合成的響應(yīng)相差不大。這表明，速度脈沖在復(fù)雜場地的長周期地震反應(yīng)中似乎沒有起到特殊的顯著作用。

同時(shí)，我們還把用Mavroeidis近斷層脈沖型地震動(dòng)模型模擬的具有不同速度脈沖周期的脈沖型地震動(dòng)時(shí)程作為輸入，進(jìn)行二維場地的地震反應(yīng)，同上述原始的脈沖型地震動(dòng)場地反應(yīng)結(jié)果一起進(jìn)行近斷層脈沖型地震動(dòng)長周期地震動(dòng)盆地邊緣效應(yīng)的分析。結(jié)果表明，近斷層脈沖型地震動(dòng)的長周期地震動(dòng)的盆地邊緣效應(yīng)明顯。但值得注意的是，速度脈沖周期不同時(shí)，脈沖型地震動(dòng)的盆地邊緣效應(yīng)差別很大。盆地的尺寸及脈沖周期的大小可能都對長周期地震動(dòng)的盆地邊緣效應(yīng)有較大的影響。

在研究近斷層脈沖型地震動(dòng)盆地的邊緣效應(yīng)時(shí)，我們還比較了脈沖型地震動(dòng)以不同角度入射時(shí)觀測點(diǎn)的地震響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣饎?dòng)以不同角度入射時(shí)觀測點(diǎn)的響應(yīng)有所不同，且有時(shí)差別很明顯。

（5）本文還以9·21集集地震為例，對近斷層的長周期地震動(dòng)特性進(jìn)行了研究。集集地震近斷層長周期地震動(dòng)的上盤效應(yīng)明顯，近斷層的脈沖型地震動(dòng)作用顯著，并存在明顯的極化現(xiàn)象。發(fā)震構(gòu)造可能對同震位移的分布、上盤效應(yīng)、脈沖型地震動(dòng)的形成產(chǎn)生了很大的影響。在研究長周期地震動(dòng)反應(yīng)譜隨距離的衰減關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，近斷層的脈沖型地震動(dòng)可能對近斷層的長周期地震動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。

近斷層；速度脈沖；單自由度體；復(fù)雜場地；盆地邊緣；長周期地震動(dòng)；反應(yīng)譜

（作者電子信箱，李春鋒：dqslcf＠yahoo.com.cn）

P315.9；

： A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.012