李?颯，劉?鑫，余建星，段高松，樊志遠(yuǎn)

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地震作用下海底場(chǎng)地地震動(dòng)效應(yīng)研究

李?颯，劉?鑫，余建星，段高松，樊志遠(yuǎn)

(天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

通過ABAQUS運(yùn)用一維時(shí)域顯式積分方法，采用6條地震波，對(duì)某海域兩個(gè)油田場(chǎng)地進(jìn)行地震反應(yīng)分析，得到在不同強(qiáng)度地震動(dòng)時(shí)海底場(chǎng)地的反應(yīng)，并且對(duì)兩個(gè)海底場(chǎng)地按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行場(chǎng)地類別劃分．結(jié)果表明，海底波的反應(yīng)譜特征明顯區(qū)別于陸地波；隨著基巖輸入地震動(dòng)強(qiáng)度的增大，其反應(yīng)譜峰值逐漸增大，且地震動(dòng)強(qiáng)度主要影響反應(yīng)譜的高頻段，對(duì)低頻段的影響有限；而海底場(chǎng)地對(duì)地表峰值加速度的放大作用逐漸減小，呈非線性變化．現(xiàn)有的針對(duì)陸上地震抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的選取對(duì)海域場(chǎng)地適用性較差，有必要針對(duì)海底場(chǎng)地展開相應(yīng)的研究．

有限元；海底軟弱場(chǎng)地；地震反應(yīng)分析；場(chǎng)地劃分

在工程地震學(xué)中，軟弱場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)參數(shù)的影響一直是研究的重點(diǎn)．近年來的地震破壞調(diào)查結(jié)果表明，軟土場(chǎng)地上的地震破壞相比于其他場(chǎng)地要嚴(yán)重得多[1]，如1923年日本關(guān)東大地震、1976年唐山大地震、1985年墨西哥地震[2]、1994年美國(guó)Northridge地震[3]、1999年中國(guó)臺(tái)灣集集大地震[4]和2008年汶川大地震[5]，對(duì)軟土場(chǎng)地造成了很大的危害，許多建筑物被嚴(yán)重破壞．因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于軟弱場(chǎng)地上的地震動(dòng)進(jìn)行了廣泛的研究．然而截止到目前為止，由于海底強(qiáng)震觀測(cè)記錄的缺乏，且海底軟弱土層的性質(zhì)尚不明確，絕大多數(shù)對(duì)軟弱場(chǎng)地的研究都集中在陸地軟土場(chǎng)地，對(duì)于海底軟弱場(chǎng)地地震動(dòng)的研究涉及甚少[6]．與此同時(shí)，海洋工程正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期，越來越多的海洋石油平臺(tái)、海底隧道以及跨海橋梁正在建設(shè)當(dāng)中，且相關(guān)工程越來越向深海發(fā)展．因此，海洋工程的抗震問題越來越受到人們的重視．

海洋黏土在海底具有廣泛分布，它在海洋中沉積下來，絕大多數(shù)屬于飽和的二相土．不同于陸地上大部分非飽和的三相土，海洋軟黏土具有高靈敏性、高流變性、高孔隙性、高壓縮性和低強(qiáng)度[7]，其對(duì)海洋工程的建設(shè)極為不利；此外，和陸地相比，海洋中發(fā)生的地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高，特別是經(jīng)常發(fā)生7級(jí)以上的強(qiáng)地震[8]．而且在一系列海洋石油平臺(tái)和跨海大橋的場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)確定過程中，發(fā)現(xiàn)了海洋工程特有的一些問題，如海域地震構(gòu)造的判識(shí)、地震動(dòng)衰減處理、厚軟表層土和深厚砂土層的影響，其中，海底厚軟表層土對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定的影響尤為顯?著[9-10]．因此，進(jìn)行海底軟弱場(chǎng)地地震研究非常重要．

現(xiàn)在能觀測(cè)并記錄到海底地震數(shù)據(jù)的有美國(guó)的SEMS海底地震觀測(cè)系統(tǒng)、日本的ETMC海底地震海嘯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和臺(tái)灣的海底臺(tái)站．Hommert[11]利用SEMS系統(tǒng)記錄的海底強(qiáng)震資料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)海底水平地震動(dòng)峰值加速度與相同震中距下陸地水平地震動(dòng)峰值加速度相當(dāng)，而豎向地震動(dòng)峰值加速度則要比陸地上弱一個(gè)震級(jí)的強(qiáng)度；Boore等[12]通過分析9組海底地震記錄并結(jié)合數(shù)值模擬研究，得出結(jié)論：海水對(duì)海底水平地震動(dòng)影響很小，而對(duì)豎向地震動(dòng)有較大的影響．Li等[13]提出一種與空間相關(guān)的海底地震動(dòng)模擬方法，并使用基本的流體動(dòng)力學(xué)和一維波傳播理論推導(dǎo)出層狀海底地層的地震動(dòng)傳遞函數(shù)．Chen等[14]選用日本ETMC系統(tǒng)記錄的海底及相鄰陸地上的地震動(dòng)數(shù)據(jù)來研究?jī)烧咧g的差異．結(jié)果表明，海底地震動(dòng)反應(yīng)譜周期明顯較大，水深對(duì)于海底水平地震動(dòng)反應(yīng)譜的影響較?。?/p>

目前，對(duì)于如何模擬海水在地震反應(yīng)中的作用還很不成熟．Hatayama[15]通過二維速度結(jié)構(gòu)模型并使用直接邊界元法研究了海水對(duì)地震動(dòng)的影響．結(jié)果表明，在地震動(dòng)數(shù)值模擬中使用沉積軟土層代替海水，會(huì)對(duì)地震動(dòng)的豎向成分產(chǎn)生嚴(yán)重影響．所以在模擬海底地震動(dòng)時(shí)，比起用沉積軟土層來替代海水，還不如直接將海水忽略．席仁強(qiáng)等[16]采用動(dòng)水壓力模擬海水作用研究了覆水場(chǎng)地的地震反應(yīng)分析．夏佩林[17]提出了一種以飽和多孔介質(zhì)和理想流體介質(zhì)的波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的一維時(shí)域有限元法分析海底地震場(chǎng)地反應(yīng)的方法．Li等[18]基于SWWA(seismological model of southwest of Western Australia)模型，考慮海水以及土體飽和的特性，進(jìn)行了地震動(dòng)在海底土層中傳播理論的推導(dǎo)．

在進(jìn)行場(chǎng)地土層地震反應(yīng)研究時(shí)，國(guó)內(nèi)外常用的方法是Idriss和Seed[19]提出的頻域等效線性化方法．該方法的本質(zhì)是將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，即通過不同應(yīng)變幅值下的剪切模量和阻尼比被一個(gè)等效的剪切模量和阻尼比代替，利用頻域波動(dòng)方法求解[20]．基于該方法，Schnabel等[21]提出了國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛的分析程序SHAKE，廖振鵬等[20]也提出了相應(yīng)的程序LSSRLI-1，但隨著該方法的廣泛應(yīng)用和深入研究，其不足之處也表露出來．Sugito[22]在研究中發(fā)現(xiàn)利用SHAKE程序在軟土地基和地震動(dòng)較大的情況下得到的計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果存在差異．Kausel等[23]指出，等效線性化方法在地震反應(yīng)分析中忽略了地震動(dòng)中中小振幅、高頻率分量的影響，利用其計(jì)算得到的地表地震動(dòng)高頻成分被低估．Whitman等[24]研究發(fā)現(xiàn)，采用等效線性化方法計(jì)算波速和阻尼存在明顯差別的相鄰?fù)翆訒r(shí)會(huì)有很大誤差，而且頻域等效線性化方法不適用于計(jì)算海底軟弱場(chǎng)地地震反應(yīng)[25].相反地，時(shí)域非線性方法在理論上來講更符合實(shí)際情況，適用于海底軟弱場(chǎng)地，能夠清晰地反映整個(gè)地震動(dòng)的過程[26]．盧滔等[27]以響嘡臺(tái)陣為例，對(duì)其利用一維時(shí)域非線性方法進(jìn)行分析，對(duì)比計(jì)算結(jié)果和實(shí)際觀測(cè)值，驗(yàn)證了該方法的可行性．Gelis等[28-29]利用時(shí)域非線性方法研究了P-SV波入射下沉積盆地的地形對(duì)地震動(dòng)的影響．

因此，為了研究海底軟弱場(chǎng)地的地震反應(yīng)，本文以某海域兩個(gè)比較有代表性的油田場(chǎng)地為研究對(duì)象，通過有限元軟件ABAQUS，運(yùn)用一維時(shí)域非線性顯式積分法，研究海底軟弱場(chǎng)地的土層地震反應(yīng)，探討在地震作用下海底場(chǎng)地在不同強(qiáng)度水平地震動(dòng)輸入時(shí)對(duì)其峰值加速度及其反應(yīng)譜的影響，并且對(duì)兩個(gè)場(chǎng)地按照中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)[30]和美國(guó)ASCE7-10(2010)規(guī)范[31]進(jìn)行場(chǎng)地類別劃分，研究現(xiàn)有規(guī)范的場(chǎng)地劃分方法對(duì)于海底場(chǎng)地的適用性，從而探討地震作用下海底場(chǎng)地的地震反應(yīng)，為海洋工程抗震標(biāo)準(zhǔn)的制定和抗震設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考．

1?一維時(shí)域顯式積分法

將土層視為水平均勻成層的土體模型，并將其簡(jiǎn)化為做剪切運(yùn)動(dòng)的土柱[32]．坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在自由地面，坐標(biāo)軸豎直向下，則土介質(zhì)的動(dòng)力平衡方程為

?(1)

運(yùn)動(dòng)約束條件為

?(2)

式中：為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度；為剪應(yīng)力；為剪應(yīng)變；為土介質(zhì)的密度；為時(shí)間．

將土柱劃分為層，每層厚度為h(＝1，2，…，)，h為空間步距．時(shí)間步距為Δ，Δ，為整數(shù)．在Δ時(shí)刻第層頂點(diǎn)速度為

?(3)

?(4)

?(5)

?(6)

同理，運(yùn)動(dòng)約束條件的中心差分形式為

?(7)

由此得

?(8)

應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程式的中心差分形式為

?(9)

式(5)～(9)構(gòu)成了求解一維土層非線性地震反應(yīng)的一種顯式遞推算式．

2?模型的建立與驗(yàn)證

2.1?場(chǎng)地土層信息及地震波資料

TKCH07臺(tái)站的深度為103,m，所在場(chǎng)地的覆蓋土層厚度為48,m，20,m等效剪切波速s20為160,m/s[34]．按照我國(guó)抗震規(guī)范中的場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，TKCH07臺(tái)站所在場(chǎng)地屬于典型的Ⅲ類軟土場(chǎng)地．該臺(tái)站詳細(xì)土層資料及土的參數(shù)見表1．

表1?TKCH07臺(tái)站場(chǎng)地土層參數(shù)

Tab.1?Parameters of soil layers at station TKCH07

注：為土層厚度；s為土層剪切波速；為黏聚力；為內(nèi)摩擦角；為土的密度．

TKCH07臺(tái)站記錄有大量地震資料，本文選用了TKCH070411290332東西向基巖加速度時(shí)程作為輸入．由于日本KiK-net強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)公布的資料為原始記錄，未經(jīng)過處理，所以使用地震波處理軟件SeismoSignal對(duì)該地震波進(jìn)行基線校正和濾波，處理后的基巖峰值加速度為21.64,cm/s2．具體信息如表2所示，加速度時(shí)程曲線及其傅里葉幅值譜見圖1．

圖1?基巖加速度時(shí)程及其傅里葉幅值譜

表2?地震波TKCH070411290332資料

Tab.2?Data of seismic wave TKCH070411290332

2.2?模型可靠性驗(yàn)證

圖2～圖4分別為實(shí)測(cè)和ABAQUS計(jì)算的地表加速度時(shí)程曲線、傅里葉幅值譜和加速度反應(yīng)譜的對(duì)比．由圖可知，地表實(shí)測(cè)的峰值加速度為97.44,cm/s2，ABAQUS計(jì)算得出的地表峰值加速度為101.71,cm/s2，兩者之間的誤差為＋4.38%,，且計(jì)算得到的與實(shí)測(cè)的傅里葉幅值譜和加速度反應(yīng)譜形態(tài)及走勢(shì)基本一致，主要頻率成分均分布于1～10,Hz之間，用本文的方法來進(jìn)行場(chǎng)地地震反應(yīng)分析是可?行的．

圖2?地表加速度時(shí)程曲線比較

Fig.2 Comparison of acceleration time history curves on ground

圖3?傅里葉幅值譜比較

圖4?加速度反應(yīng)譜比較

3?海底場(chǎng)地土層特征

本文以某海域兩個(gè)油田場(chǎng)地1和場(chǎng)地2為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行土層地震反應(yīng)分析．兩個(gè)海底場(chǎng)地的鉆孔深度為海底120,m，場(chǎng)地1表層有9.3,m厚的密實(shí)細(xì)砂層，而場(chǎng)地2表層則是9.8,m厚的非常軟的粉質(zhì)黏土層，其下各土層為粉質(zhì)細(xì)砂層和粉質(zhì)黏土層交互出現(xiàn)．場(chǎng)地1和場(chǎng)地2的地震反應(yīng)分析模型、剪切波速以及土體基本物理參數(shù)分別如圖5、圖6和圖7所示．

圖5?場(chǎng)地地震反應(yīng)分析模型

圖6?剪切波速測(cè)試結(jié)果

圖7?兩個(gè)場(chǎng)地土體的基本物理參數(shù)

4?海底場(chǎng)地地震反應(yīng)分析

4.1?確定輸入地震波時(shí)程

為了研究海底軟弱場(chǎng)地的地震反應(yīng)，本文選取Taft波(N21,E)、美國(guó)近海海底臺(tái)站記錄到的海底地震波San Simeon(水平向)、El Centro(NS)、寧河波(水平向)、日本ISKH02臺(tái)站記錄到的基巖波ISKH02波(EW)和前文模型驗(yàn)證時(shí)所用的基巖波TKCH07波(EW)6條強(qiáng)震記錄作為輸入地震波，計(jì)算時(shí)在模型底部水平向輸入．按照Ishihara等[35]提出的地震波分類方法，Taft波、San Simeon波和TKCH07波為振動(dòng)型地震波，EI Centro波、寧河波和ISKH02波為沖擊型地震波．圖8為選取的實(shí)際強(qiáng)震記錄的加速度時(shí)程曲線．

4.2?海底場(chǎng)地土層地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果及分析

采用一維時(shí)域非線性顯式積分法進(jìn)行場(chǎng)地1和場(chǎng)地2的地震反應(yīng)分析．由于兩個(gè)場(chǎng)地各土層剪切波速都小于500,m/s，且為了計(jì)算的一致性，最終選擇兩個(gè)場(chǎng)地中剪切波速為435,m/s的土層作為基巖地震動(dòng)輸入界面[33]．在計(jì)算時(shí)，將這6條強(qiáng)震記錄的峰值加速度均調(diào)整為0.05、0.10、0.15、0.20和0.30，以模擬不同強(qiáng)度的地震動(dòng)，得到兩個(gè)海底場(chǎng)地在不同峰值加速度輸入下，海底泥面處的峰值加速度及其反應(yīng)譜的變化．

圖8?地震波加速度時(shí)程曲線

4.2.1?海底場(chǎng)地條件對(duì)峰值加速度的影響

圖9是場(chǎng)地1和場(chǎng)地2在6種不同地震波輸入時(shí)，海底表面峰值加速度放大系數(shù)隨地震動(dòng)強(qiáng)度的變化特征．

由圖9可以看出，隨著基巖輸入地震動(dòng)強(qiáng)度的增加，場(chǎng)地土對(duì)地震動(dòng)的放大作用逐漸減?。?種地震波的輸入下，除了El Centro波，在中等強(qiáng)度地震動(dòng)時(shí)場(chǎng)地1峰值加速度放大系數(shù)大于場(chǎng)地2的放大系數(shù)以外，場(chǎng)地2對(duì)于地震動(dòng)的放大效應(yīng)總體上強(qiáng)于場(chǎng)地1．這與場(chǎng)地的土質(zhì)條件有關(guān)，如前所述，場(chǎng)地2表層是9.8,m厚的非常軟的粉質(zhì)黏土層，而場(chǎng)地1表層有9.3,m厚的密實(shí)細(xì)砂層．軟弱土層地震動(dòng)的放大效應(yīng)更加明顯，但是這種影響隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加而減弱．

圖9 場(chǎng)地放大系數(shù)變化規(guī)律

從圖9中還可以看到，對(duì)于同一場(chǎng)地，不同地震波作用下的場(chǎng)地反應(yīng)有所差異．本次計(jì)算所選擇的6種地震波，其中5種為陸地波，1種為海底基站測(cè)得的海底波．圖9顯示海底地震波引起的場(chǎng)地反應(yīng)較陸地波有增加的趨勢(shì)，特別是對(duì)于場(chǎng)地2，這一點(diǎn)表現(xiàn)得更加明顯．因此有關(guān)海底地震波特點(diǎn)的研究有必要引起相關(guān)研究人員的注意．

4.2.2?海底場(chǎng)地條件對(duì)反應(yīng)譜的影響

圖10以兩個(gè)海底場(chǎng)地在Taft波作為輸入時(shí)為例，給出海底泥面處地震水平加速度反應(yīng)譜．由圖10可看出，隨著輸入峰值加速度的增加，反應(yīng)譜峰值逐漸增大，且地震動(dòng)強(qiáng)度對(duì)加速度反應(yīng)譜的影響主要集中在高頻段，對(duì)低頻段的影響有限．

為了更好地研究海底場(chǎng)地在不同地震動(dòng)強(qiáng)度下其加速度反應(yīng)譜的變化特征，本文使用下列兩個(gè)公式計(jì)算了加速度反應(yīng)譜的地震影響系數(shù)最大值max和特征周期g[36]．

圖10?海底泥面水平加速度反應(yīng)譜

?(10)

?(11)

式中：max為峰值加速度；max為峰值速度．場(chǎng)地1和場(chǎng)地2在不同地震動(dòng)強(qiáng)度下的max、g見圖11、圖12．

圖11?amax隨加速度的變化

從圖11、圖12可以看出，對(duì)于地震影響系數(shù)最大值，即規(guī)范譜里的反應(yīng)譜平臺(tái)值，隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的變化，不同的地震波表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律．對(duì)于海底波San Simeon，輸入峰值加速度為0.05時(shí)，其地震影響系數(shù)最大值max明顯高于其他波．隨著地震動(dòng)的增強(qiáng)，其max逐漸增大，并趨于平穩(wěn)．對(duì)于場(chǎng)地1和場(chǎng)地2，海底波的地震影響系數(shù)總體來說高于其他陸地波．對(duì)于特征周期，海底波的特征更加明顯，其特征周期均高于陸地波，說明海底波對(duì)中長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)物的地震作用較大．

圖12?Tg隨加速度的變化

5?海底場(chǎng)地土分類結(jié)果

按照中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)和表3所給美國(guó)ASCE7-10(2010)規(guī)范的場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)場(chǎng)地1和場(chǎng)地2進(jìn)行分類，分類結(jié)果如表4所示．兩個(gè)海底場(chǎng)地按照中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)都屬于Ⅲ類，為中軟場(chǎng)地(稍密的礫、粗、中砂)；按照美國(guó)ASCE7-10(2010)規(guī)范，兩個(gè)海底場(chǎng)地都屬于D類，為硬土場(chǎng)地(砂、黏土及某些礫石)．

圖13為場(chǎng)地1和場(chǎng)地2由6種地震波在不同強(qiáng)度條件下計(jì)算所得特征周期值與中國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范中各類場(chǎng)地特征周期取值的對(duì)比，圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)表示兩個(gè)場(chǎng)地不同地震波的特征周期計(jì)算值，實(shí)線和虛線分別為中國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范中各個(gè)類別場(chǎng)地特征周期的分界線，其中美國(guó)規(guī)范A、B類場(chǎng)地的特征周期取值同為0.4,s．可以看出，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布的區(qū)間非常明顯，除個(gè)別點(diǎn)外，大部分點(diǎn)都集中分布在中國(guó)規(guī)范Ⅱ類場(chǎng)地特征周期取值范圍左側(cè)，明顯小于規(guī)范中Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期取值．而對(duì)于美國(guó)規(guī)范，大部分點(diǎn)位于A、B類場(chǎng)地特征周期分界線的左側(cè)，其值明顯小于規(guī)范中D類場(chǎng)地特征周期取值．

圖14為場(chǎng)地1和場(chǎng)地2由6種地震波在不同強(qiáng)度條件下計(jì)算所得地震影響系數(shù)最大值max與中國(guó)規(guī)范地震影響系數(shù)最大值max的對(duì)比，圖中的虛線表示本文計(jì)算得出的兩個(gè)場(chǎng)地在不同地震動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的max，實(shí)線表示中國(guó)建筑抗震規(guī)范中多遇地震條件下不同地震動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的max．可以看出，地震動(dòng)強(qiáng)度較小時(shí)，海底場(chǎng)地的max大于規(guī)范取值，隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加，海底場(chǎng)地的max逐漸趨于平緩，而規(guī)范值持續(xù)增加，并最終大于海底場(chǎng)地max．兩者在數(shù)值大小以及隨地震動(dòng)強(qiáng)度而變化的趨勢(shì)上存在明顯的?差別．

表3?美國(guó)ASCE7-10(2010)規(guī)范場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)

Tab.3?Site classification of code ASCE7-10(2010)in US

注：se為等效剪切波速；為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；u為不排水強(qiáng)度；為含水率；為覆蓋土層厚度；PI為塑性指數(shù)．

表4?場(chǎng)地分類結(jié)果

Tab.4?Result of site classification

注：se(20)為20m深度范圍內(nèi)土層的等效剪切波速；se(30)為30m深度范圍內(nèi)土層的等效剪切波速.

此外，李小軍等[37]給出了對(duì)應(yīng)中國(guó)抗震規(guī)范的不同類別場(chǎng)地的峰值加速度放大系數(shù)建議值，將其與場(chǎng)地1和場(chǎng)地2計(jì)算所得的峰值加速度放大系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，見圖15．可以看出，隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加，兩個(gè)海底場(chǎng)地的峰值加速度放大系數(shù)的下降趨勢(shì)較快，而李小軍給出的Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地的峰值加速度放大系數(shù)的下降趨勢(shì)較緩，且兩個(gè)場(chǎng)地的放大系數(shù)都要小于Ⅲ類場(chǎng)地的放大系數(shù)建議值．以上海底場(chǎng)地特 征周期、地震影響系數(shù)最大值以及峰值加速度放大系數(shù)與陸上場(chǎng)地的差異說明，現(xiàn)有的針對(duì)陸上地震抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的選取對(duì)于海域場(chǎng)地的適用性較差，有必要針對(duì)海底場(chǎng)地展開相應(yīng)的研究，以制定符合海域土層分布的設(shè)計(jì)參數(shù)．

圖13?海底場(chǎng)地特征周期與規(guī)范取值的比較

圖14?海底場(chǎng)地amax與規(guī)范取值的比較

圖15?兩個(gè)場(chǎng)地放大系數(shù)與其建議值的比較

6?結(jié)?論

本文采用一維時(shí)域分析方法，對(duì)某海域兩個(gè)油田場(chǎng)地進(jìn)行地震反應(yīng)研究，得出結(jié)論如下．

(1) 隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增大，海底場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)的放大作用逐漸減?。浫跬翆訉?duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)更加明顯，但是這種影響隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加而減弱．對(duì)于同一場(chǎng)地，不同地震波作用下的場(chǎng)地反應(yīng)有所差異，其中海底地震波引起的場(chǎng)地反應(yīng)較陸地波有增加的趨勢(shì)．

(2) 對(duì)于地震影響系數(shù)最大值max，隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的變化，不同地震波表現(xiàn)出不同變化規(guī)律．對(duì)于本文中的兩個(gè)油田場(chǎng)地，海底波的地震影響系數(shù)總體來說高于其他陸地波．對(duì)于特征周期，海底波的不同更加明顯，其特征周期均高于陸地波，對(duì)中長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)物的地震作用將增大．

(3) 本文中的兩個(gè)油田場(chǎng)地按照中國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范劃分場(chǎng)地類別同為Ⅲ類和D類場(chǎng)地，然而本文計(jì)算得出場(chǎng)地1和場(chǎng)地2的峰值加速度放大系數(shù)、地震影響系數(shù)最大值以及特征周期值與現(xiàn)有陸上場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度放大系數(shù)建議值、國(guó)內(nèi)外規(guī)范中特征周期取值存在較大的差別，說明現(xiàn)有的針對(duì)陸上地震抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的選取對(duì)于海域場(chǎng)地的適用性較差，有必要針對(duì)海底場(chǎng)地展開相應(yīng)的研究，以制定符合海域土層分布的設(shè)計(jì)參數(shù)．

致?謝：本文所用地震波數(shù)據(jù)均來自于美國(guó)CESMD網(wǎng)站和日本KIK-NET網(wǎng)站，感謝兩個(gè)網(wǎng)站所提供的?幫助.

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(責(zé)任編輯：樊素英)

Seismic Responses of Seafloor Site Under Earthquake

Li Sa，Liu Xin，Yu Jianxing，Duan Gaosong，F(xiàn)an Zhiyuan

(School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Based on ABAQUS，a one-dimensional time domain explicit integration method was applied to analyze the seismic response of two oil field sites under six seismic waves. The influence of seafloor site condition on the site response was obtained under different earthquake intensities，and the category of two seafloor sites was classified according to current codes. The results show that the response spectra of seafloor waves are clearly distinguished from those of terrestrial waves. With the increase of earthquake intensity，the peak value of response spectrum increases gradually. However，earthquake intensity mainly affects the high frequency band of the response spectrum，and only has a limited impact on the low frequency band. At the same time，the amplifying effect of seafloor soil on the surface peak acceleration of the ground motion decreases gradually and changes nonlinearly. The existing seismic design parameters for land could not apply to seabed，so it is necessary to carry out corresponding researches on it.

finite element；soft seafloor site；seismic response analysis；site classification

the Key Program of the National Natural Science Foundation of China(No.51239008)and the National Natural Science Foundation of China(No.51379145).

P315.9

A

0493-2137(2018)11-1171-10

2018-04-21；

2018-05-07.

李?颯（1970—??），女，博士，教授.

李?颯，lisa@tju.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51239008)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51379145).

10.11784/tdxbz201804078