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        近斷層強地震動的特點研究

        2013-08-15 00:48:29董林林
        河南科技 2013年8期
        關(guān)鍵詞:方向性震動抗震

        董林林

        (鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)

        雅安地震的悲劇讓我們再次感傷于大自然的巨大破壞力,從2008年的汶川特大地震到2010年的玉樹災(zāi)情再到如今的雅安地震,我們在感嘆民族多災(zāi)多難的同時,似乎我們更需要為減小災(zāi)難損失做些什么。在持續(xù)不斷地受到震源的影響下,近斷層地震動產(chǎn)生強烈的破壞,其影響范圍及其強度與地震大小、斷層尺寸規(guī)模密切相關(guān).目前許多專家學(xué)者一致認為,近斷層的斷層距一般是小于20至60 km的范圍。在我國一些重要的城市,例如成都、蘭州和西寧等均處于地震的近斷層區(qū)區(qū)域范圍內(nèi),因此,加強對近斷層強地震動的特點研究和對我國的建筑抗震設(shè)計及減小災(zāi)難損失有著重要的現(xiàn)實意義。

        一 近斷層地震的定義及特點

        近斷層地震動一般表示斷層距小于20~60km的范圍場地的地震動,又稱為近場地震動或近源地震動。受斷層破裂方向,震源機制與場地的關(guān)系和斷裂面相對滑動方向等各種因素的影響,近斷層地震動和一般的遠場地震動有顯而易見的不同之處。由于方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)引起的長周期脈沖型永久地面位移是地震動最顯著的特點,最為常見的便是速度脈沖型運動,同時受上盤效應(yīng)和集中性的影響,近斷層地震動還具有許多新特點.前人已全面地歸納近斷強地震動的特點,本文在其基礎(chǔ)上簡要解釋近斷層地震動的概念及形成機理。

        二 近斷層強地震動的特點

        1.集中性

        從大量模擬的試驗結(jié)果不難看出,近斷層地震動隨著斷層距的增加而很快的衰減,強地震動的范圍很小,一般主要集中于斷層在地表的投影中心。如果不在這一范圍之內(nèi),其震動幅值明顯下降,從近年來的一些震害數(shù)據(jù)資料也可看出,斷層在地表投影中心是破壞性最嚴重的區(qū)域。近斷層區(qū)域位錯源輻射地震波的幾何衰減是導(dǎo)致強地震動集中性的主要原因。

        2.滑沖效應(yīng)

        滑沖效應(yīng)是一種靜力永久位移,是由于地震的靜力形變場所產(chǎn)生的永久地面位移引起的,又被形象地稱為“fling step”。主要在斷層滑動的部位會發(fā)生滑沖效應(yīng),走滑破裂主要發(fā)生在平行斷層走向的分量上;而傾滑斷層主要發(fā)生在垂直斷層走向的分量上.近年來的地震震害中已經(jīng)表明,這種與地表破裂有關(guān)的滑沖效應(yīng)會產(chǎn)生巨大地破壞力,特別是對斷層穿過或靠近斷層中心線的建筑物和構(gòu)筑物。

        3.上盤效應(yīng)

        上盤效應(yīng)是指對延伸至地表斷層相同距離的場地,上盤場地要比下盤場地更接近于斷層。上盤效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害嚴重性明顯大于下盤的地質(zhì)災(zāi)害嚴重性。其特點如下,首先上下兩盤的地震動加速度峰值有明顯差異,上盤地震最大加速度遠遠高于下盤,并且下盤地震動加速度的衰減速率要明顯大于上盤,另外受上盤效應(yīng)的影響,加速度反應(yīng)譜短周期段譜值有明顯的增大。

        4.破裂方向效應(yīng)

        當破裂在斷層面上朝著一個觀測點傳播,并且傳播速度約等于于剪切波速時,幾乎可以同時觀測到斷層面輻射的大部分能量,形成一個長周期脈沖 ,即破裂傳播的方向性效應(yīng)。多普勒效應(yīng)可以用來解釋破裂的方向性效應(yīng)。正向破裂方向效應(yīng)兩個必要條件:①斷層面的破裂傳播方向指向場地②斷層的滑動方向指向場地,這兩個條件缺一不可。

        5.長周期速度脈沖

        破裂方向效應(yīng)和滑沖效應(yīng)是長周期速度大脈沖產(chǎn)生的原因,其中破裂方向效應(yīng)產(chǎn)生的是動力學(xué)的雙向速度脈沖,主要出現(xiàn)在遠離震中的近斷層場地上;滑沖效應(yīng)產(chǎn)生單向速度脈沖,接近近斷層且與震中位置無關(guān)。

        斷層破裂以幾乎和剪切破裂速度同樣大的速度向場地傳播,于是乎正向破裂方向效應(yīng)產(chǎn)生的雙向速度脈沖,使其破裂釋放的能量以一雙向長周期速度脈沖到達,并且在出現(xiàn)時開始記錄。這種速度脈沖與雙向速度脈沖不同,是單向的。

        6.近斷層地震動的方向性

        方向性效應(yīng)分為前、后、中三個方向的方向性效應(yīng),我們平時所說的主要是前方向性效應(yīng)。由于受斷層上剪切錯位的影響,在垂直于斷層的方向上將發(fā)生雙向長周期速度脈沖,從而導(dǎo)致了平行斷層走向的峰值速度遠小于垂直斷層走向的峰值速度,而滑沖效應(yīng)主要發(fā)生在斷層滑動的方向上。對于走滑地震,雙向速度脈沖垂直斷層走向方向,而滑沖位移則與斷層走向平行。對于傾滑地震,在垂直斷層面的方向上有鉛直、垂直斷層走向的兩個方向分量;一般地面位移與斷層滑動方向一致且平行于斷層面,也可分成鉛直、垂直斷層走向的兩個水平方向分量。單向速度脈沖方滑沖效應(yīng)發(fā)生的方向一致,即在斷層滑動的方向上。

        三 前景與展望

        我國關(guān)于近斷層問題的研究起步較晚,針對于結(jié)構(gòu)反應(yīng)展開的研究不全面,對于場地條件的影響,后方向性效應(yīng)的特點,近斷層地震動的扭轉(zhuǎn)分量等的研究存在缺陷,近斷層地震動對耗能減振和隔震結(jié)構(gòu)的影響還需進一步深入研究。

        美國規(guī)范在理論上考慮了近斷層效應(yīng)的影響,引入了近斷層反應(yīng)譜放大因子的概念。而我國的抗震設(shè)計規(guī)范中僅僅采用避讓距離來進行抗震設(shè)防,這種簡單的概念設(shè)計表明我國規(guī)范對斷層認識不足,同時目前研究所得的設(shè)計反應(yīng)譜在設(shè)計中仍無法應(yīng)用,也就是說目前設(shè)計理論還無法定量考慮此種影響,研究適用于近斷層區(qū)的抗震設(shè)計方法有著很大的實用意義。相信通過不斷地創(chuàng)新研究,一定可以合理進行近斷層區(qū)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防,為我國的抗震減災(zāi)工作作出應(yīng)有的貢獻。

        [1]李新樂,朱唏.2003.近場地震速度脈沖效應(yīng)及模擬模型的研究.中國安全科學(xué)學(xué)報,13(12):48~52

        [2]倪永軍.2004.近斷層地震動的加速度峰值比和反應(yīng)譜分析[J].北方交通大學(xué)學(xué)報,28(4):125

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