李 輝

地震是當(dāng)今世界上人類面臨的最大自然災(zāi)害之一,而我國正屬于地震多發(fā)的國家,如何準(zhǔn)確的估計地震帶來的破壞作用對預(yù)防、應(yīng)對地震具有相當(dāng)重要的意義。直接利用地震動參數(shù)來度量地震的破壞作用開始成為發(fā)展的趨勢。但是到底應(yīng)該采用什么樣的地震動參數(shù)來衡量地震的破壞力,還必須要與地震破壞現(xiàn)象聯(lián)系起來才能做出判斷。而烈度恰恰是描述地震破壞現(xiàn)象的,因此在地震動參數(shù)與烈度之間需要建立良好的過渡,這依賴于確定合理的烈度物理標(biāo)準(zhǔn)[1]。

地震動是引起宏觀現(xiàn)象的作用,地震烈度是宏觀現(xiàn)象嚴(yán)重程度的量度。前者是因,后者是果,兩者之間應(yīng)有一定的聯(lián)系。

1 地震烈度與地震動單一參數(shù)的關(guān)系

用來反映地震時人的感覺和地表震害現(xiàn)象的烈度是一個相對模糊的量,再加上歷史資料的遺漏欠缺和環(huán)境條件本身的制約,就使得地震烈度資料本身存在著許多不足之處,從而給使用者帶來不確定因素,降低了它的可靠性[2]。找到它與地震動參數(shù)之間的聯(lián)系,這一缺陷就可以得到改善。

新的烈度物理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能便于抗震設(shè)計使用,應(yīng)在數(shù)值上與傳統(tǒng)的峰值加速度和峰值速度便于轉(zhuǎn)換。因為峰值加速度作為設(shè)防參數(shù),其使用方法已經(jīng)非常成熟,而新的烈度物理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于抗震設(shè)計,還需要大量的理論研究和震害檢驗,尚存在一個漫長的過渡階段,因此,峰值加速度是一個很好的橋梁[1]。

早期發(fā)表的關(guān)于地震動儀器記錄的峰值加速度a與地震烈度I關(guān)系的研究結(jié)果中,有Gutenberg和 Richter的結(jié)果[3]:

其中,a以cm/s2計;I為12度地震烈度表中的烈度值。劉恢先在1980中國地震烈度表中提出的結(jié)果為:

其中,lgˉa,lgˉv分別為峰值加速度a和峰值速度v的對數(shù)平均值。為了保持烈度的連續(xù)性,在烈度表中取σ=0.15。

由于峰值加速度a與地震烈度I之間的關(guān)系離散性過大,有人研究了峰值速度v(cm/s)與地震烈度I之間的關(guān)系。Mcguire提出下述結(jié)果:

Theodulidis和Papazachos由希臘、日本和美國阿拉斯加的記錄得到:

式(4)中 s=0表示基巖場地,式(5)中s=0表示沖擊土場地。

2 地震烈度與地震動多個參數(shù)的關(guān)系[3]

20世紀(jì)70年代,Mcguire在地震烈度 I與地震動單一參數(shù)Y(可以是峰值加速度或速度)的關(guān)系中增加了震級 M與距離R(可以是震中距、震源距或斷層距),從而用回歸統(tǒng)計分析方法求如下的換算關(guān)系:

其中,C0,C1,C2,C3均為回歸統(tǒng)計分析的系數(shù)。

目前,公認(rèn)的地震動參數(shù)Y與地震烈度I的衰減關(guān)系是:

由此可見,地震烈度與地震動參數(shù),無論是峰值加速度、速度、位移、反應(yīng)譜或持時,都與震源特性和傳播途徑中的介質(zhì)有關(guān),震級 M是震源特性的簡單表示,距離 R是傳播途徑中介質(zhì)影響的簡單表示。根據(jù)上述兩個關(guān)系,可以理解地震烈度、不同的地震動參數(shù)之間存在相關(guān)性;另外,由于震級與距離分別是震源特性與傳播途徑影響極為簡化的參數(shù),因此,上述相關(guān)性會有較大的離散性。

事實上地震烈度并不像上述假設(shè)的連續(xù)量,而是個離散量,是一個人為等級劃分。在討論這兩種不同量的相應(yīng)關(guān)系時,不能忽略這種本質(zhì)上的差異,不能追求一般物理量之間的那種一一對應(yīng)。

3 結(jié)語

眾多專家學(xué)者的理論和實踐證明:以水平向峰值速度與地震烈度的相關(guān)性最強(qiáng),多參數(shù)的組合并不能加強(qiáng)其與地震烈度的相關(guān)性;另外,推薦了分別用峰值加速度、峰值速度與峰值位移定量表示的地震烈度。

將地震烈度與地震動參數(shù)結(jié)合起來,用地震動參數(shù)將地震烈度具體化,有利于進(jìn)一步對地震的研究,以達(dá)到指導(dǎo)抗震實踐的目的。

[1] 郝 敏,謝禮立,徐龍軍.關(guān)于地震烈度物理標(biāo)準(zhǔn)研究的若干思考[J].地震學(xué)報,2005,27(2):230-234.

[2] 郝 敏,謝禮立,李 偉.從集集地震看建筑物震害與地震動參數(shù)的關(guān)系[J].地震工程與工程振動,2005,25(6):12-15.

[3] 陳國興.巖土地震工程學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.