梁久亮，曹均鋒，王立會，馮偉棟

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

滁州地區(qū)覆蓋層厚度對場地地震動參數(shù)的影響

梁久亮，曹均鋒，王立會，馮偉棟

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

以滁州地區(qū)近百個鉆孔資料為原型建立土層模型，采用一維頻域等效線性化波動方法進行了土層地震反應分析，重點分析了覆蓋層厚度對場地地震動參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明，隨著覆蓋層厚度的增加，地表峰值加速度及土層放大系數(shù)逐漸增大，當覆蓋層厚度超過一定值時，地表峰值加速度及土層放大系數(shù)呈逐漸緩慢減小的趨勢；而反應譜特征周期總體上隨著覆蓋層厚度的增加而逐漸增大。

覆蓋層厚度；峰值加速度；特征周期

0 引言

歷次震害表明，局部場地條件對基巖地震動有很強的放大或縮小作用，直接影響到震害程度，主要表現(xiàn)為:軟弱場地上的震害較堅硬場地上重；軟土場地上的長自振周期建筑震害較重；而堅硬場地上的短自振周期建筑震害較重。為此，局部場地條件對場地地震動影響受到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注[1]。作為評價局部場地條件的重要指標，場地覆蓋層厚度對場地地震動影響程度也成為了一個重要的研究方向[2]。

本次在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合滁州地區(qū)的近百個鉆孔資料建立土層模型，運用一維頻域等效線性化波動方法重點研究了覆蓋層厚度對基巖地震動放大效應、峰值加速度、反應譜特征周期的影響[3]。本文的研究成果對科學、合理地確定滁州地區(qū)及同類地區(qū)不同覆蓋層厚度場地的地震動參數(shù)具有參考價值。

1 計算模型和基巖輸入地震動的確定

目前，場地覆蓋層厚度一般取地面至基巖頂面的距離，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)中規(guī)定也可取地面至剪切波速大于500 m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均不小于500 m/s的土層頂面的距離。本次收集了滁州地震小區(qū)劃93個鉆孔資料進行分析[4]，這些鉆孔地貌上屬于清流河漫灘、階地、丘陵波狀起伏地帶，主要分布填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、礫石、中粗砂、含礫粉質(zhì)粘土、含礫粘土及白堊紀泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂巖及侏羅紀的閃長巖等地層，各鉆孔的覆蓋層厚度變化范圍約為4.8～31.8m(表1)，以Ⅱ類場地為主。各鉆孔的剪切波速、密度、土動力非線性參數(shù)均取現(xiàn)場實測值。

表1 覆蓋層厚度樣本統(tǒng)計表Tab.1 The sam p le statistical table of thickness of covering layer

基巖輸入地震動采用人工合成的地震動，基巖加速度反應譜采用該地的地震危險性分析的結(jié)

果。在50年超越概率分別為63%、10%和2%條件下，工程場地基巖水平峰值加速度分別為18.7 gal、55.6 gal和100 gal。基巖峰值加速度反應譜曲線如圖1所示。采用三角級數(shù)法對每一種概率水準合成3條時程曲線(圖2～圖4)，時程離散步長0.02 s，離散點數(shù)2048個，在0.04～6.0 s內(nèi)選取擬合目標譜的周期控制點55個，擬合譜與目標譜的相對誤差小于5%。

圖1 50年不同超越概率水平的場地基巖峰值加速度反應譜曲線Fig.1 Site bedrock peak acceleration response spectrum curve of various exceeding probability levelswithin 50 years

圖2 50年63%條件下三組人工合成基巖加速度時程Fig.2 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the cond ition of sixty-three percent exceeding probability w ithin 50 years

圖3 50年10%條件下三組人工合成基巖加速度時程Fig.3 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the condition of ten percent exceeding probability w ithin 50 years

圖4 50年2%條件下三組人工合成基巖加速度時程Fig.4 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the condition of tw o percent exceeding probability within 50 years

2 覆蓋層厚度對場地地震動參數(shù)的影響

本次基于一維頻域等效線性化波動方法[5]，

選取上述93個鉆孔資料建立土層模型，輸入50年超越概率63%、10%和2%條件下的基巖地震動時程，共837個工況進行土層地震反應分析，按照不同的覆蓋層厚度對計算結(jié)果進行統(tǒng)計分析，

重點討論了覆蓋層厚度對地表峰值加速度、土層對基巖的放大系數(shù)及加速度反應譜特征周期的影響[6-10]。

2.1 覆蓋層厚度H對地表峰值加速度Amax的影響

50年超越概率63%、10%和2%基巖地震動輸入下，不同覆蓋層厚度場地的地表峰值加速度Amax計算結(jié)果見表2。圖5為地表峰值加速度均值隨覆蓋層厚度的變化情況。由圖中可以看出，當覆蓋層厚度H＜24m時，地表峰值加速度隨著覆蓋層厚度的增加而逐漸增大，在21 m＜H＜24m時達到最高值，當H大于24m時，地表峰值加速度隨著覆蓋層厚度的增加呈逐漸緩慢減小的過程。

表2 不同覆蓋層厚度的地表峰值加速度Amax(gal)Tab.2 The surface peak acceleration valuesAmax(gal)of different thickness of covering layer

圖5 覆蓋層厚度對地表峰值加速度的影響Fig.5 Effect of thickness of covering layer on the surface peak acceleration

2.2 覆蓋層厚度H對土層放大系數(shù)K的影響

為了解覆蓋層厚度對土層放大效應的影響，將不同覆蓋層厚度場地的地表峰值加速度Amax與相應輸入基巖地震動幅值之比得出土層放大系數(shù)k(表3)。圖6為土層放大系數(shù)k隨覆蓋層厚度的變化情況。由圖中可以看出:

表3 不同覆蓋層厚度的土層放大系數(shù)KTab.3 The soil am p lification coefficien tKof differen t thickness of covering layer

圖6 覆蓋層厚度對土層放大系數(shù)的影響Fig.6 Effect of thickness of covering layer on the soil am plification coefficient

(a)對于給定的輸入地震動，當覆蓋層厚度H＜24m時，除50年2%的k值在9～15m處呈略微轉(zhuǎn)折外，土層放大系數(shù)k基本上隨著覆蓋層厚度的增加而逐漸增大，在21 m＜H＜24m時達到最高值，當H大于24m時，土層放大系數(shù)k隨著覆蓋層厚度的增加呈逐漸減小。

(b)對于給定的覆蓋層厚度，50年63%的土層放大系數(shù)k值最大，其次是50年10%的k值，50年2%的k值最小，表明土層放大系數(shù)k隨著輸入基巖地震動峰值增大呈逐漸減小的趨勢。

(c)當覆蓋層厚度H＜24m時，不同基巖峰值的放大系數(shù)k之間的差異隨著覆蓋層厚度H的

增加逐漸減小，在21 m＜H＜24m時達到最小值，當H大于24m時，不同超越概率的放大系數(shù)k值之間的差異隨H的增加而增大；最為明顯的是在21 m＜H＜27m處，50年10%與50年2%的k值基本一致。

(d)對于滁州地區(qū)或安徽省內(nèi)覆蓋層在40m以內(nèi)的6度區(qū)(地震動峰值加速度0.05g)的Ⅱ類場地，50年63%的土層放大系數(shù) k可取值為1.30～1.65，50年 10%的 k可取值為 1.25～1.55，50年2%的k可取值為1.20～1.50，并應注意同一場地的不同超越概率的k值之間的協(xié)調(diào)性。

2.3 覆蓋層厚度H對反應譜特征周期Tg的影響

不同超越概率的基巖地震動輸入下，各覆蓋層厚度場地的地表加速度反應譜特征周期Tg的計算結(jié)果見表4。本次反應譜的特征周期Tg取反應譜平臺值A(chǔ)maxβm與反應譜曲線的右相交點的橫坐標周期值，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》宣貫教材中的相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，本次反應譜的放大系數(shù)βm統(tǒng)一取2.5[11]。

圖7為加速度反應譜特征周期Tg均值隨覆蓋層厚度的變化情況。由圖中可以看出:

表4 不同覆蓋層厚度的反應譜特征周期Tg(s)Tab.4 The characteristic periods of response spectraTg(s)of different thickness of covering layer

圖7 覆蓋層厚度對反應譜特征周期的影響Fig.7 Effect of thickness of covering layer on the characteristic periods of response spectra

(1)對于給定的輸入地震動，覆蓋層厚度H對地表加速度反應譜的形狀有較大影響，當覆蓋層厚度H增加時，反應譜的長周期部分右移，長周期部分譜值普遍增大，因此反應譜特征周期Tg總體上隨著H的增加而逐漸增大，僅在24 m＜H＜27m時出現(xiàn)少許轉(zhuǎn)折。

(2)對于跟定的覆蓋層厚度H，50年2%的Tg值最大，其次是50年10%的Tg值，50年2%的Tg值最小，表明反應譜特征周期Tg隨著輸入基巖地震動峰值的增加而增大。

(3)對于滁州地區(qū)或安徽省內(nèi)覆蓋層在40m以內(nèi)的6度區(qū)(地震動峰值加速度0.05 g)的Ⅱ類場地，50年63%的反應譜特征周期Tg可取值為0.30 s～0.55 s，50年10%的 Tg可取值為0.35 s～0.60 s，50年2%的Tg可取值為0.45 s～0.70 s，并應注意同一場地的不同超越概率的Tg值之間的協(xié)調(diào)性。

3 結(jié)論

本次基于滁州地區(qū)的93個鉆孔資料建立土層模型，進行土層地震反應分析計算，重點分析了覆蓋層厚度對場地地震動參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:

(1)當覆蓋層厚度H較小時，地表峰值加速度Amax及土層放大系數(shù)k隨著H的增加而逐漸增大，當超過20－30m的某一厚度時，Amax及k值隨著H的增加呈逐漸緩慢減小的過程。

(2)對于給定的輸入地震動，反應譜特征周期Tg總體上隨著覆蓋層厚度H的增加而逐漸增大。

(3)對于給定的覆蓋層厚度H，土層放大系數(shù)k隨著輸入基巖地震動峰值增大呈逐漸減小的趨勢，但反應譜特征周期Tg總體上隨著基巖地震動峰值的增加而逐漸增大。

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Effect of Thickness of Covering Layer on the Seism ic Ground M otion Param eters of Site in Chuzhou Region

Liang Jiuliang，Cao Junfeng，Wang Lihui，F(xiàn)engWeidong
(Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei230031，China)

Based on the data of nearly one hundred boreholes in Chuzhou Region，soil layermodels are generated. Soil seismic response is analyzed by using one dimensional frequency domain equivalent linearization wavemethod，it is analyzed emphatically that thickness of covering layer influences the ground motion parameters.The research results show that surface peak acceleration and soil amplification coefficient are increased gradually with the increase of thickness of covering layer，when the thickness of covering layer is more than critical value，surface peak acceleration and soil amplification coefficient present a trend of gradual slow decrease.However，the characteristic period of response spectra are increased generally alongwith the increase of thickness of covering layer.

thickness of covering layer；the peak acceleration；characteristic period

P

:A

:1673－8047(2015)01－0040－07

2015－01－07

安徽省地震科研青年基金項目(20120707、20140301)

梁久亮(1957—)男，?？疲呒壒こ處?，從事工程勘探及工程地震研究。