萬(wàn) 衛(wèi) 薄景山 郭曉云

1) 中國(guó)河北三河065201防災(zāi)科技學(xué)院 2) 中國(guó)哈爾濱150080中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所

2008年汶川MS8.0地震反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減特性研究*

1) 中國(guó)河北三河065201防災(zāi)科技學(xué)院 2) 中國(guó)哈爾濱150080中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所

2008年汶川MS8.0地震獲得了大量的強(qiáng)震動(dòng)記錄， 為研究反應(yīng)譜特征參數(shù)衰減特性提供了重要的基礎(chǔ)資料. 本文對(duì)已知場(chǎng)地條件的174個(gè)臺(tái)站的記錄進(jìn)行研究， 計(jì)算其加速度反應(yīng)譜并按照最小二乘分段擬合方法進(jìn)行標(biāo)定， 進(jìn)而擬合了反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減關(guān)系； 對(duì)比分析了水平方向與豎直方向反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減特性， 提出用“平臺(tái)值的場(chǎng)地衰減影響系數(shù)”來(lái)定量研究不同場(chǎng)地類型對(duì)反應(yīng)譜平臺(tái)值的影響， 用“衰減曲線下降速率”來(lái)定量分析不同衰減曲線的衰減速率． 通過(guò)計(jì)算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ類場(chǎng)地的平臺(tái)值場(chǎng)地衰減影響系數(shù)平均值分別為0.5358， 1和1.579， 且Ⅲ類場(chǎng)地的加速度平臺(tái)值衰減曲線的衰減速率最?。?/p>

汶川地震 反應(yīng)譜平臺(tái)值 衰減關(guān)系 場(chǎng)地類型

引言

地震動(dòng)衰減關(guān)系研究是工程地震學(xué)研究的重要內(nèi)容之一， 其研究得力于強(qiáng)震觀測(cè)的發(fā)展； 地震動(dòng)衰減關(guān)系是地震工程上最常用的估計(jì)地震動(dòng)影響場(chǎng)或預(yù)測(cè)地震動(dòng)的方法， 其研究結(jié)果廣泛應(yīng)用于地震危險(xiǎn)性分析、 地震區(qū)劃、 地震小區(qū)劃和確定設(shè)計(jì)地震動(dòng)等方面， 亦可用于震后應(yīng)急救援(袁一凡， 田啟文， 2012)． 反應(yīng)譜是描述地震動(dòng)頻譜特性的一種方法， 它不僅反映了地震動(dòng)頻譜的重要特征， 同時(shí)也反映了不同自振周期的結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用的最大反應(yīng)(加速度、 速度和位移). 它較合理而簡(jiǎn)單地反映了地震作用與結(jié)構(gòu)反應(yīng)之間的關(guān)系， 因此被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中(郭曉云， 2011)． 目前， 世界上大多數(shù)國(guó)家都采用抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中地震動(dòng)輸入的依據(jù)， 各國(guó)規(guī)范中設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的形式和計(jì)算方法各不相同， 但基本上都采用反應(yīng)譜平臺(tái)值(我國(guó)規(guī)范采用地震影響系數(shù)最大值)和特征周期這兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定反應(yīng)譜的基本形狀．

本文將利用汶川地震所取得的強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄計(jì)算出加速度反應(yīng)譜， 并對(duì)加速度反應(yīng)譜進(jìn)行標(biāo)定以給出加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值； 按照不同斷層距和不同場(chǎng)地類型分類統(tǒng)計(jì)分析反應(yīng)譜平臺(tái)值， 并且給出水平向與豎直向的衰減關(guān)系． 文中提出用“平臺(tái)值場(chǎng)地衰減影響系數(shù)”來(lái)定量研究不同場(chǎng)地類型對(duì)反應(yīng)譜平臺(tái)值的影響， 用“衰減曲線下降速率”來(lái)定量分析不同衰減曲線的衰減速率．

1 衰減模型

地震動(dòng)衰減模型， 即地震動(dòng)衰減關(guān)系的函數(shù)形式. 由于地震動(dòng)受到震源、 介質(zhì)和場(chǎng)地的影響， 因此模型中必須要包括這3個(gè)主要因素， 一般以震級(jí)為震源參數(shù)， 距離為傳播介質(zhì)參數(shù)， 場(chǎng)地類別為場(chǎng)地參數(shù)(袁一凡, 田啟文， 2012)． 最簡(jiǎn)單的衰減模型為

y=f1(M)·f2(R)·f3(S)，

(1)

式中,y為任意地震動(dòng)參數(shù),M為震級(jí),R為場(chǎng)地離震源的距離,S為場(chǎng)地參數(shù)． 采用面波震級(jí)MS作為震級(jí)參數(shù)， 因本文僅研究汶川特大地震主震這一次地震的衰減特性， 所以震源參數(shù)為常數(shù)項(xiàng)， 即8.0級(jí)． 本文采用斷層距作為距離項(xiàng)， 具體計(jì)算方法是: 以汶川地震地表破裂帶作為發(fā)震斷層在地表的投影位置， 根據(jù)多個(gè)地表破裂帶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和臺(tái)站的經(jīng)緯度計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離， 取其中的最小值為斷層距． 在距離影響因素方面， 同時(shí)考慮了幾何衰減項(xiàng)和非彈性衰減項(xiàng)． 文中分別給出Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ類場(chǎng)地和不進(jìn)行場(chǎng)地分類的地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系． 其衰減模型為

lgY=b0+b1R+b2lg(R+R0)+ε，

(2)

式中:Y為地震動(dòng)參數(shù)， 即相關(guān)變量；R為斷層距， 即獨(dú)立變量；b0,b1,b2為未知常數(shù)， 可通過(guò)擬合得到；ε為隨機(jī)誤差；R0項(xiàng)控制近場(chǎng)地震動(dòng)值, 為有限值， 文中取為25 km． 衰減關(guān)系函數(shù)形式確定后， 可采用最小二乘法對(duì)地震記錄資料進(jìn)行回歸擬合， 以確定函數(shù)關(guān)系中的各項(xiàng)系數(shù)．

2 強(qiáng)震記錄選取

本文所采用的強(qiáng)震數(shù)據(jù)均引自中國(guó)國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)中心提供的強(qiáng)震動(dòng)加速度記錄， 選取其中已知場(chǎng)地條件的174個(gè)臺(tái)站記錄(萬(wàn)衛(wèi)， 2013)， 將一個(gè)臺(tái)站記錄到的兩個(gè)同一組的水平分量記錄當(dāng)作兩條記錄處理. 表1給出了所選取臺(tái)站的基本信息． 在已知場(chǎng)地條件的348條水平強(qiáng)震記錄中， 去掉離散性比較大的和地震波形存在記錄錯(cuò)誤的11條記錄， 剩余337條. 其中Ⅰ類場(chǎng)地(包括基巖)的水平記錄33條， Ⅱ類場(chǎng)地的水平記錄290條， Ⅲ類場(chǎng)地的水平記錄14條． 本文使用的豎向165條強(qiáng)震記錄中， Ⅰ類場(chǎng)地(包括基巖)的記錄13條， Ⅱ類場(chǎng)地的記錄145條， Ⅲ類場(chǎng)地的記錄7條， 沒(méi)有Ⅳ類場(chǎng)地的記錄． 由于我國(guó)場(chǎng)地類型劃分方法中Ⅱ類場(chǎng)地的范圍最為寬廣， 因此得到的Ⅱ類場(chǎng)地上的強(qiáng)震記錄最多．

表1 所選臺(tái)站基本信息Table 1 Basic information of seismic stations

續(xù)表1

對(duì)本文使用的強(qiáng)震記錄按照?qǐng)龅貤l件和斷層距離進(jìn)行分組， 強(qiáng)震記錄的分布情況列于表2中． 可以看出， 在近斷層沒(méi)有獲得Ⅲ類場(chǎng)地強(qiáng)震記錄， 由于Ⅲ類場(chǎng)地上強(qiáng)震記錄數(shù)量較少， 造成不同組內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本數(shù)量分布不均勻， 可能會(huì)對(duì)分析結(jié)果造成一定的影響． 本次分析所采用的強(qiáng)震記錄均為汶川MS8.0地震中獲得的記錄， 因此研究結(jié)果對(duì)于這次特大地震具有很強(qiáng)的針對(duì)性．

表2 強(qiáng)震記錄按場(chǎng)地條件和斷層距分組統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of strong motion records grouped in terms of site condition and rupture distance

注： 括號(hào)外為水平向強(qiáng)震記錄數(shù)目， 括號(hào)內(nèi)為豎直向強(qiáng)震記錄數(shù)目．

由于原始記錄存在的基線漂移、 背景噪聲， 以及傳感器傾斜造成的誤差， 使得所獲得的原始記錄不能直接使用， 在進(jìn)行衰減擬合之前， 需對(duì)所使用的記錄進(jìn)行基線校正處理. 本文采用高通濾波的方法消除強(qiáng)震記錄基線漂移的影響．

3 反應(yīng)譜標(biāo)定

根據(jù)實(shí)際強(qiáng)震記錄計(jì)算的彈性加速度反應(yīng)譜經(jīng)平滑標(biāo)準(zhǔn)化為抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜形式的過(guò)程稱為反應(yīng)譜的標(biāo)定(郭曉云等， 2011)． 標(biāo)準(zhǔn)化的建筑抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜通常采用地震影響系數(shù)譜表示， 即

(3)

式中,α為地震影響系數(shù),Sa(T)指絕對(duì)加速度反應(yīng)譜,g指重力加速度．

反應(yīng)譜的平臺(tái)值和特征周期是設(shè)計(jì)反應(yīng)譜最重要的兩個(gè)特征參數(shù)， 根據(jù)實(shí)際強(qiáng)震記錄計(jì)算出的彈性加速度反應(yīng)譜經(jīng)過(guò)平均和平滑化為抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的過(guò)程即可確定這兩個(gè)反應(yīng)譜的特征參數(shù)． 反應(yīng)譜的標(biāo)定有多種方法， 常用的標(biāo)定方法有面積比法(劉文鋒等， 2009)、 最小二乘擬合方法(薄景山， 1998)、 雙參數(shù)標(biāo)定方法(廖振鵬、 李大華， 1989)、 指定反應(yīng)譜形式的自動(dòng)搜索法(夏江， 陳清軍， 2006)和基于遺傳算法的標(biāo)定方法(劉紅帥， 2009)等． 本文計(jì)算采用郭曉云等(2011)提出的最小二乘法分段擬合標(biāo)定反應(yīng)譜的方法得到反應(yīng)譜特征周期和平臺(tái)值． 計(jì)算時(shí)可以通過(guò)反復(fù)為特征周期賦值的搜索方法， 使回歸分析中的剩余標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到最小值的周期確定為特征周期Tg， 再根據(jù)加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值αmax的計(jì)算公式確定平臺(tái)值為

(4)

4 水平向衰減

加速度反應(yīng)譜的平臺(tái)值直接反映地面運(yùn)動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大加速度反應(yīng)， 與結(jié)構(gòu)在地震中所承受的慣性作用直接相關(guān)． 抗震規(guī)范中使用地震影響系數(shù)表示設(shè)計(jì)反應(yīng)譜， 本文采用地震影響系數(shù)的最大值(αmax)表示加速度反應(yīng)譜的平臺(tái)值， 通過(guò)式(2)計(jì)算得到． 為簡(jiǎn)化表示， 下面將“加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值”簡(jiǎn)稱為“反應(yīng)譜平臺(tái)值”． 按照衰減模型擬合水平向反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減關(guān)系如下：

不區(qū)分場(chǎng)地 lgαmax=1.756-0.0006229R-1.054lg(R+25),

(5)

Ⅰ類場(chǎng)地 lgαmax=1.0004-0.00186R-0.7286lg(R+25),

(6)

Ⅱ類場(chǎng)地 lgαmax=1.560-0.00117R-0.9132lg(R+25),

(7)

Ⅲ類場(chǎng)地 lgαmax=-0.7522-0.00284R+0.31121lg(R+25).

(8)

圖1 不同場(chǎng)地水平向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系對(duì)比Fig.1 Comparison of attenuation relationship of horizontal response spectrum platform values for different sites

為研究汶川MS8.0地震中場(chǎng)地條件對(duì)反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系的影響， 本文進(jìn)行了不同場(chǎng)地衰減擬合曲線的比較， 詳見(jiàn)圖1． 按照上文的斷層距分組方式計(jì)算了不同斷層距離的反應(yīng)譜平臺(tái)值均值， 如表3所示. 計(jì)算均值采用的數(shù)據(jù)是反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系計(jì)算出的值， 而沒(méi)有直接采用由原始記錄求出的反應(yīng)譜平臺(tái)值， 這樣可以減小由于原始數(shù)據(jù)的離散性帶來(lái)的誤差影響．

由于Ⅱ類場(chǎng)地樣本較多， 并且我國(guó)的地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中給定的峰值加速度也是參照Ⅱ類場(chǎng)地給出的， 為直觀比較不同場(chǎng)地的衰減特性， 以Ⅱ類場(chǎng)地為基準(zhǔn)計(jì)算． 本文定義的“平臺(tái)值場(chǎng)地衰減影響系數(shù)”， 為各類場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值均值與Ⅱ類場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值均值的比值. 表4給出了各類場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值的場(chǎng)地衰減影響系數(shù).

表3 不同斷層距區(qū)間加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值均值 Table 3 Means of acceleration response spectrum platform values for different rupture distances

為定量比較不同衰減曲線下降速率的快慢情況， 本文定義“衰減曲線下降速率”為“1減去衰減曲線上斷層距為(R+10) km對(duì)應(yīng)的值與斷層距Rkm對(duì)應(yīng)的值的比值”， 即斷層距每增加10 km衰減曲線下降的比率. 該值越大說(shuō)明衰減越快． 因?yàn)棰耦悎?chǎng)地和Ⅲ類場(chǎng)地記錄值較少， 用實(shí)際記錄直接計(jì)算下降速率誤差較大， 因此本文根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的衰減公式按照斷層距等距離賦值再計(jì)算衰減曲線下降速率， 每條曲線均賦值300個(gè)． 為比較圖1中各曲線的下降速率， 圖2給出了不同場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線下降速率的對(duì)比．

表4 不同場(chǎng)地加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值的場(chǎng)地衰減影響系數(shù)Table 4 Site attenuation influence coefficients of acceleration response spectrum platform values for different sites

圖2 不同場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線的下降速率對(duì)比Fig.2 Comparison of descending rates on attenuation curves of response spectrum platform values for different sites

由圖1， 2可以看出： ① 不同場(chǎng)地條件的反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系差別很大， 相同斷層距條件下， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅱ類場(chǎng)地， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅰ類場(chǎng)地; ② 在斷層距100 km內(nèi)， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線下降速率最大, 在斷層距100—350 km內(nèi)， Ⅰ類場(chǎng)地的衰減曲線下降速率最大, 在斷層距350—500 km內(nèi)， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減曲線下降速率最大； ③ 近斷層3類場(chǎng)地上的反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減的速率都很大， 而在遠(yuǎn)場(chǎng)衰減速率則降低； ④ 對(duì)比3條衰減曲線的衰減速率， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減速率最?。?/p>

從表3和表4可以看出： ① 在斷層距50—400 km范圍內(nèi)， Ⅱ類場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值約為Ⅰ類場(chǎng)地的1.73倍， Ⅲ類場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值約為Ⅰ類場(chǎng)地的2.27倍， 這反映了不同場(chǎng)地上的地震作用不同， 場(chǎng)地越軟， 地震作用越強(qiáng)烈； ② Ⅰ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減影響系數(shù)為0.5358， Ⅲ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減影響系數(shù)為1.579．

5 豎直向衰減

按照衰減模型擬合豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系如下：

不區(qū)分場(chǎng)地 lgSa平臺(tái)=2.476-0.0008126R-1.633lg(R+25),

(9)

Ⅰ類場(chǎng)地 lgSa平臺(tái)=-0.2609-0.00752R-0.0423lg(R+25),

(10)

Ⅱ類場(chǎng)地 lgSa平臺(tái)=2.279-0.000243R-1.493lg(R+25),

(11)

Ⅲ類場(chǎng)地 lgSa平臺(tái)=0.9498-0.00184R-0.6423lg(R+25).

(12)

為研究汶川MS8.0地震不同場(chǎng)地條件對(duì)豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系的影響， 本文進(jìn)行了不同場(chǎng)地衰減關(guān)系的比較， 詳見(jiàn)圖3． 按照上文的斷層距分組方式計(jì)算了不同斷層距的反應(yīng)譜平臺(tái)值均值， 如表5所示. 計(jì)算均值所采用的數(shù)據(jù)是豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系計(jì)算出的值， 而沒(méi)有直接采用原始記錄求出的反應(yīng)譜平臺(tái)值， 這樣可以減小由于原始數(shù)據(jù)的離散性帶來(lái)的誤差影響． 表6給出了豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值場(chǎng)地衰減系數(shù)． 圖4給出了不同場(chǎng)地反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線下降速率的對(duì)比．

表5 不同斷層距區(qū)間加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值均值Table 5 Means of acceleration response spectrum platform values for different rupture distances

表6 不同場(chǎng)地加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值的場(chǎng)地衰減影響系數(shù)Table 6 Site attenuation influence coefficients of acceleration response spectrum platform values for different sites

圖3 不同場(chǎng)地豎直向加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減關(guān)系對(duì)比Fig.3 Comparison of attenuation relationship of vertical response spectrum platform values for different sites

圖4 不同場(chǎng)地加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線的下降速率對(duì)比Fig.4 Comparison of descending rates on attenuation curves of response spectrum flatform values for different sites

由圖3和圖4可以看出： ① 斷層距0—300 km內(nèi)， 不同場(chǎng)地條件的反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系差別很大， 相同斷層距條件下， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅱ類場(chǎng)地， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅰ類場(chǎng)地; ② 斷層距301—500 km內(nèi)， Ⅲ類場(chǎng)地與Ⅱ類場(chǎng)地的豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值大致相當(dāng)， 但是仍然呈Ⅲ類場(chǎng)地的平臺(tái)值大于Ⅱ類的趨勢(shì)； ③ 在斷層距100 km內(nèi)， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線下降速率最大， 在斷層距100—500 km內(nèi)， Ⅰ類場(chǎng)地的衰減曲線下降速率值最大； ④ 對(duì)比3條衰減曲線的衰減速率， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減速率最?。?/p>

從表5和表6可以看出： ① 在斷層距50—400 km范圍內(nèi)， Ⅱ類場(chǎng)地豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值約為Ⅰ類場(chǎng)地的1.68倍， Ⅲ類場(chǎng)地豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值約為Ⅰ類場(chǎng)地的2.66倍， 反映了不同場(chǎng)地地震作用的不同， 場(chǎng)地越軟， 地震作用越強(qiáng)烈； ② Ⅰ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減系數(shù)為0.3102， Ⅲ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減系數(shù)為1.489．

6 豎直向與水平向加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值比較

將前面計(jì)算出的水平向與豎直向的加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值進(jìn)行對(duì)比分析， 其衰減曲線對(duì)比見(jiàn)圖5， 反應(yīng)譜平臺(tái)值對(duì)比見(jiàn)圖6， 衰減曲線下降速率對(duì)比見(jiàn)圖7， 反應(yīng)譜平臺(tái)值記錄值對(duì)比見(jiàn)圖8．

圖5 豎直向與水平向加速度反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減關(guān)系對(duì)比Fig.5 Comparison of attenuation relationship of response spectrum platform values in horizontal direction with that in vertical direction

圖7 豎直向與水平向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線的下降速率對(duì)比Fig.7 Comparison of descending rates on attenuation curves of acceleration response spectrum platform values in vertical direction with that in horizontal direction

通過(guò)對(duì)不同場(chǎng)地的反應(yīng)譜平臺(tái)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 并根據(jù)衰減模型擬合多條衰減曲線， 得到以下衰減特性： ① 反應(yīng)譜平臺(tái)值有兩個(gè)主要變化規(guī)律, 即隨場(chǎng)地變軟， 平臺(tái)值增大； 隨斷層距增大， 平臺(tái)值減?。?② 豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值小于水平向， 豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值均值為水平向的0.51倍. 由圖6可知， 反應(yīng)譜平臺(tái)值豎直向與水平向的比值(V/H)隨著斷層距增大出現(xiàn)先減小后增大， 在斷層距50 km內(nèi)該比值大于2/3， 表現(xiàn)出比較明顯的近斷層豎向效應(yīng)． ③ 豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減曲線的下降速率大于水平向， 說(shuō)明豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減更快(圖7)． ④ 斷層距0—300 km內(nèi)， 不同場(chǎng)地條件的反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減關(guān)系差別很大， 相同斷層距條件下， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅱ類場(chǎng)地， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅰ類場(chǎng)地．

7 討論與結(jié)論

針對(duì)地震動(dòng)衰減的相關(guān)理論和方法， 本文以汶川MS8.0地震強(qiáng)震記錄及其場(chǎng)地條件資料為基礎(chǔ)， 擬合不同場(chǎng)地類型的水平向與豎直向反應(yīng)譜平臺(tái)值的多條衰減關(guān)系曲線， 研究不同場(chǎng)地條件、 不同方向等因素對(duì)反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減的影響， 得到了汶川MS8.0地震地震動(dòng)反應(yīng)譜平臺(tái)值的衰減特性.

1) 隨著斷層距增大， 平臺(tái)值減小. 相同斷層距條件下， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅱ類場(chǎng)地， Ⅱ類場(chǎng)地的衰減曲線值大于Ⅰ類場(chǎng)地， 這主要是土層越軟地震動(dòng)放大作用越強(qiáng)的緣故.

2) 反應(yīng)譜平臺(tái)值豎直向與水平向的比值(V/H)隨著斷層距增大出現(xiàn)先減小后增大， 在斷層距50 km內(nèi)該比值大于2/3， 表現(xiàn)出較明顯的近斷層豎向效應(yīng)， 說(shuō)明汶川地震中豎直向分量上的長(zhǎng)周期成分極為豐富. 這主要是因?yàn)榇舜蔚卣馂槟鏇_斷層， 上下運(yùn)動(dòng)的分量較大， 使得地震波在豎直向上的輻射相對(duì)較大， 所以豎直向反應(yīng)譜在長(zhǎng)周期部分相對(duì)豐富．

3) 水平向與豎直向的Ⅰ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減影響系數(shù)分別為0.5358和0.3102， Ⅲ類場(chǎng)地不同斷層距的平均場(chǎng)地衰減影響系數(shù)分別為1.579和1.489. 對(duì)比3條衰減曲線的衰減速率， Ⅲ類場(chǎng)地的衰減速率最?。?/p>

由于以前我國(guó)強(qiáng)震記錄及場(chǎng)地條件資料的缺乏， 很少有基于我國(guó)強(qiáng)震記錄并按照我國(guó)場(chǎng)地分類方法進(jìn)行場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)衰減特性影響的研究， 本文的研究工作嘗試著彌補(bǔ)這方面的不足． 關(guān)于反應(yīng)譜衰減特性的研究， 隨著強(qiáng)震記錄數(shù)量的進(jìn)一步增加， 還應(yīng)進(jìn)行以下方面研究：

1) Ⅳ類場(chǎng)地由于強(qiáng)震記錄數(shù)量的限制， 本文沒(méi)有涉及， 有待隨著強(qiáng)震記錄的積累進(jìn)一步進(jìn)行這類場(chǎng)地的研究與分析;

2) 本文只研究了汶川MS8.0地震的主震記錄的衰減關(guān)系, 今后可補(bǔ)充大量余震記錄， 將震級(jí)也作為一個(gè)變量參與回歸擬合， 以研究地震動(dòng)參數(shù)衰減特性與震級(jí)之間的關(guān)系;

3) 本文僅研究了加速度反應(yīng)譜的相關(guān)衰減特性， 還應(yīng)該展開(kāi)對(duì)偽加速度譜、 偽速度譜、 相對(duì)速度譜和位移反應(yīng)譜的衰減特性研究， 并應(yīng)著重考慮長(zhǎng)周期衰減特性．

薄景山. 1998. 場(chǎng)地分類和設(shè)計(jì)反應(yīng)譜調(diào)整方法研究[D]. 哈爾濱: 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所博士后研究工作報(bào)告: 5--14.

Bo J S. 1998.StudyonMethodsofSiteClassificationandSeismicDesignResponseSpectraAdjusting[D]. Harbin: Post-doctoral work record, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration: 5--14 (in Chinese).

薄景山, 李秀領(lǐng), 李山有. 2003. 場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)影響研究的若干進(jìn)展[J]. 世界地震工程, 19(2): 11--15.

Bo J S, Li X L, Li S Y. 2003. Some progress of study on the effect of site conditions on ground motion[J].WorldEarthquakeEngineering, 19(2): 11--15 (in Chinese).

郭曉云. 2011. 汶川地震反應(yīng)譜研究[D]. 哈爾濱: 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所: 1.

Guo X Y. 2011.StudyonResponseSpectrumofWenchuanEarthquake[D]. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration： 1 (in Chinese).

郭曉云, 薄景山, 張宇東, 孫有為, 李平. 2011. 抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的標(biāo)定方法[J]. 世界地震工程, 27(1): 66--71.

Guo X Y, Bo J S, Zhang Y D, Sun Y W, Li P. 2011. Methods of calibrating seismic design response spectrum[J].WorldEarthquakeEngineering, 27(1): 66--71 (in Chinese).

廖振鵬, 李大華. 1989. 地震小區(qū)劃： 理論與實(shí)踐[M]. 北京: 地震出版社: 44--74.

Liao Z P, Li D H. 1989.SeismicMicro-Zoning：TheoryandPractice[M]. Beijing: Seismological Press: 44--74 (in Chinese).

廖振鵬, 鄭天愉. 1997. 工程地震學(xué)在中國(guó)的發(fā)展[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 40(增刊): 177--191.

Liao Z P, Zheng T Y. 1997. Development of engineering seismology in China[J].ChineseJournalofGeophysics, 40(Suppl.): 177--191 (in Chinese).

劉紅帥. 2009. 基于小生境遺傳算法的設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜標(biāo)定方法[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 31(6): 975--979.

Liu H S. 2009. Calibrating method for seismic response spectra based on niche genetic algorithm[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering, 31(6): 975--979 (in Chinese).

劉文鋒, 付興潘, 于振興, 陳學(xué)中, 張辛. 2009. 反應(yīng)譜特征周期的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào), 30(5): 1--7.

Liu W F, Fu X P, Yu Z X, Chen X Z, Zhang X. 2009. Empirical statistical analysis of characteristic period of acceleration response spectrum[J].JournalofQingdaoTechnologicalUniversity, 30(5): 1--7 (in Chinese).

盧壽德, 李小軍. 2008. 汶川8.0級(jí)地震未校正加速度記錄[M]. 北京: 地震出版社: 7--15.

Lu S D, Li X J. 2008.OriginalAccelerationRecordsofWenchuanMS8.0Earthquake[M]. Beijing: Seismological Press: 7--15 (in Chinese).

萬(wàn)衛(wèi). 2013. 汶川地震反應(yīng)譜衰減關(guān)系研究[D]. 哈爾濱: 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所: 19.

Wan W. 2013.StudyonRelationshipofResponseSpectrumAttenuationofWenchuanEarthquake[D]. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration: 19 (in Chinese).

夏江, 陳清軍. 2006. 基于遺傳算法的設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜標(biāo)定方法[J]. 力學(xué)季刊, 27(2): 317--323.

Xia J, Chen Q J. 2006. Calibrating method of seismic response spectrum based on genetic algorithm[J].ChineseQuarterlyofMechanics, 27(2): 317--323 (in Chinese).

喻煙. 2012. 汶川地震區(qū)地震動(dòng)估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚D]. 哈爾濱: 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所: 5.

Yu Y. 2012.EmpiricalEstimateModelforGroundMotionofWenchuanEarthquakeZone[D]. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration: 5 (in Chinese).

袁一凡, 田啟文. 2012. 工程地震學(xué)[M]. 北京: 地震出版社: 91--92.

Yuan Y F, Tian Q W. 2012.EngineeringSeismology[M]. Beijing: Seismological Press: 91--92 (in Chinese).

Li X J, Zhou Z H, Yu H Y, Wen R Z, Lu D W, Huang M, Zhou Y N, Cu J W. 2008. Strong motion observations and recordings from the great Wenchuan earthquake[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration, 7(3): 235--246.

Li X J, Liu L, Wang Y S, Yu T. 2010. Analysis of horizontal strong-motion attenuation in the great 2008 Wenchuan earthquake[J].BullSeismolSocAm, 100(5B): 2440--2449.

Attenuation characteristic of the response spectrum platform value for 2008 WenchuanMS8.0 earthquake

1)InstituteofDisasterPrevention,HebeiSanhe065201,China2)InstituteofEngineeringMechanics,ChinaEarthquakeAdministration,Harbin150080,China

After the 2008 WenchuanMS8.0 earthquake, a large volume of strong motion records were acquired, which provides important basic data for the study on attenuation characteristics of seismic response spectrum parameters. This paper calculates the acceleration response spectra of strong motion records from 174 seismic stations with known site conditions. The spectra are calibrated via piecewise fitting with the least-squares method in order to fit the attenuation relationships of a response spectrum platform value. This paper also comparatively analyzes the attenuation characteristics of both vertical and horizontal response spectrum platform values so as to demonstrate how the quantitative study of site condition affects response spectrum platform values by means of the site attenuation influence coefficient of platform value. It also quantitatively analyzes the attenuation rates of different attenuation curves by means of their descending rates. The calculation results show that the site attenuation influence coefficients of horizontal platform value has an average value that is different for the three site types. The value for site type Ⅰ is 0.5358, type Ⅱ is 1; and type Ⅲ is 1.579, which is the minimum attenuation rate of the platform in all site types.

Wenchuan earthquake; response spectrum platform value; attenuation relationship; site condition

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)青年教師資助計(jì)劃項(xiàng)目(ZY20140210)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng)資金(ZY20120103)聯(lián)合資助.

2014-01-05收到初稿， 2014-06-25決定采用修改稿.

e-mail: wanshiruyi516@126.com

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.06.005.

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.06.005

P315.9

A

萬(wàn)衛(wèi), 薄景山, 郭曉云. 2014. 2008年汶川MS8.0地震反應(yīng)譜平臺(tái)值衰減特性研究. 地震學(xué)報(bào), 36(6): 1032--1042.

Wan W, Bo J S, Guo X Y. 2014. Attenuation characteristic of the response spectrum platform value for 2008 WenchuanMS8.0 earthquake.ActaSeismologicaSinica, 36(6): 1032--1042. doi:10.3969/j.issn.0253-3782.2014.06.005.