薄景山，李 琪，孫強(qiáng)強(qiáng)，彭 達(dá)，李孝波

(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，中國(guó)地震局地震工程工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080； 2.防災(zāi)科技學(xué)院，中國(guó)地震局建筑物破壞機(jī)理與防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 三河 065201； 3.格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)3SR實(shí)驗(yàn)室，法國(guó) 格勒諾布爾 38400；4.辛辛那提大學(xué)，土木與建筑工程管理系，俄亥俄州 辛辛那提市45221)

場(chǎng)地分類(lèi)是工程抗震研究的重要內(nèi)容，學(xué)術(shù)界和工程界普遍認(rèn)同場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)的影響，不同的場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)的影響存在一定的差別，場(chǎng)地分類(lèi)的本質(zhì)就是反映這種差別。在震害調(diào)查和場(chǎng)地強(qiáng)震信息統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，規(guī)定不同場(chǎng)地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)是各國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的通行做法[1]。工程場(chǎng)地是由巖土組成的復(fù)雜地質(zhì)體，場(chǎng)地分類(lèi)是從抗震的角度出發(fā)，依據(jù)場(chǎng)地的動(dòng)力特性，選取能夠反映巖土動(dòng)力性質(zhì)的主要指標(biāo)對(duì)這一復(fù)雜地質(zhì)體的一種簡(jiǎn)單的分類(lèi)，以反映不同場(chǎng)地抗震性能的差異。大量震害資料的積累和強(qiáng)震觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了場(chǎng)地分類(lèi)的研究工作，并取得了豐富的研究成果。盡量客觀合理的反映場(chǎng)地地震動(dòng)的差異和簡(jiǎn)單易行是場(chǎng)地分類(lèi)的根本遵循，分類(lèi)指標(biāo)的選取和不同場(chǎng)地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的規(guī)定是場(chǎng)地分類(lèi)研究的核心內(nèi)容。本文在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，回顧和總結(jié)了場(chǎng)地分類(lèi)研究的歷史和現(xiàn)狀，對(duì)比分析了各國(guó)抗震規(guī)范中場(chǎng)地分類(lèi)的差別，討論和評(píng)述了存在的問(wèn)題和今后研究的方向，重點(diǎn)討論了我國(guó)抗震規(guī)范中存在的問(wèn)題和解決這些問(wèn)題的思路。本文的工作對(duì)從事場(chǎng)地分類(lèi)研究的科技人員有一定的參考價(jià)值。

1 國(guó)外場(chǎng)地分類(lèi)研究

20世紀(jì)初，全球發(fā)生了若干次8級(jí)左右的破壞性地震，造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，推動(dòng)了地震工程學(xué)的發(fā)展。震害調(diào)查資料使人們認(rèn)識(shí)到了場(chǎng)地條件對(duì)震害的影響，通常，軟場(chǎng)地的震害重于硬場(chǎng)地的震害；覆蓋土層厚的場(chǎng)地震害重于覆蓋土層薄的場(chǎng)地震害；復(fù)雜場(chǎng)地的震害重于簡(jiǎn)單場(chǎng)地的震害。這些現(xiàn)象提醒人們?cè)诳拐鹪O(shè)計(jì)中，有必要考慮場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)的影響，以及如何根據(jù)場(chǎng)地條件調(diào)整抗震設(shè)計(jì)參數(shù)。場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)影響的理論研究是場(chǎng)地分類(lèi)的基礎(chǔ)；提取哪些指標(biāo)來(lái)衡量巖土體的地震反應(yīng)特性是場(chǎng)地分類(lèi)的關(guān)鍵；科學(xué)的分類(lèi)方案是場(chǎng)地分類(lèi)工程應(yīng)用的前提。國(guó)外場(chǎng)地分類(lèi)的研究及其工程應(yīng)用主要圍繞上述3個(gè)方面展開(kāi)。場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)和震害影響的系統(tǒng)研究始于美國(guó)學(xué)者Wood對(duì)1906年舊金山特大地震的震害調(diào)查[2]，他提出了震害的差別與場(chǎng)地條件相關(guān)的重要結(jié)論。嗣后，場(chǎng)地條件對(duì)震害的影響已成為歷次破壞性地震現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)考察的重要內(nèi)容。震害資料的積累使得人們的認(rèn)識(shí)不斷深入，地形地貌，巖土體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和成因，地質(zhì)構(gòu)造和地下水的埋藏條件等都對(duì)地震動(dòng)產(chǎn)生重要的影響，而且對(duì)不同的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生選擇性的震害，已有大量的文獻(xiàn)對(duì)這方面的研究進(jìn)行了總結(jié)[3-5]。強(qiáng)震觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)的積累為局部場(chǎng)地影響研究提供了技術(shù)支持，極大地推動(dòng)了這一領(lǐng)域的研究工作。20世紀(jì)70年代Hayashi和Seed對(duì)不同場(chǎng)地地震反應(yīng)譜的研究工作為場(chǎng)地類(lèi)別的劃分提供了重要的啟示[6-7]。

場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)和分類(lèi)方案的研究成果主要體現(xiàn)在抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，本文收集了世界上30多個(gè)國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，表1-9列出了國(guó)外有代表性的美國(guó)、歐洲、日本、土耳其、智利、尼泊爾、伊朗、韓國(guó)、澳大利亞和新西蘭等國(guó)家和地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于場(chǎng)地類(lèi)別的規(guī)定[8-16]。綜合有關(guān)文獻(xiàn)[17-18]可追溯場(chǎng)地分類(lèi)的研究歷史，1935年，美國(guó)統(tǒng)一建筑規(guī)范(Uniform Building Code)把地基分為硬地基和軟地基兩類(lèi)并以此來(lái)調(diào)整地震動(dòng)系數(shù)，這是在抗震規(guī)范中最早出現(xiàn)的場(chǎng)地分類(lèi)方案。早期的場(chǎng)地分類(lèi)以宏觀描述為主，逐步發(fā)展到目前以定量指標(biāo)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分類(lèi)。場(chǎng)地類(lèi)別對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的影響也從調(diào)整地震系數(shù)發(fā)展到調(diào)整場(chǎng)地設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的參數(shù)和形狀。

表1 美國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 1 US site classification scheme

續(xù)表

表2 歐洲Eurocode 8場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 2 Eurocode 8 site classification scheme in Europe

表3 日本場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 3 Site classification scheme in Japan

表4 土耳其場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 4 Site classification scheme in Turkey

續(xù)表

附表 土耳其場(chǎng)地分類(lèi)方案

表5 智利場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 5 Site classification scheme in Chile

表6 尼泊爾場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 6 Site classification scheme of Nepal

表7 伊朗場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 7 Site classification scheme of Iran

表8 韓國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 8 Site classification scheme of South Korea

表9 澳大利亞、新西蘭場(chǎng)地分類(lèi)方案Table 9 Site classification scheme of Australia and New Zealand

附表 C類(lèi)場(chǎng)地最大土層深度

續(xù)表

2 中國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)研究

中國(guó)學(xué)者翁文灝等在考察1920年海原特大地震時(shí)已經(jīng)注意到了黃土厚度、地形和地質(zhì)構(gòu)造等場(chǎng)地條件對(duì)震害的影響[19]，這是中國(guó)在場(chǎng)地條件對(duì)震害影響的最早調(diào)查研究成果。在以后的若干次破壞性地震，特別是在新中國(guó)成立以后發(fā)生的邢臺(tái)地震、唐山地震、海城地震、通海地震以及汶川地震的震害調(diào)查中都專(zhuān)門(mén)開(kāi)展了局部場(chǎng)地影響的調(diào)查研究工作，取得了豐富的研究成果，為場(chǎng)地分類(lèi)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。中國(guó)學(xué)術(shù)界在局部場(chǎng)地條件影響方面的基本共識(shí)可表述為,軟弱場(chǎng)地的震害重于堅(jiān)硬場(chǎng)地的震害，復(fù)雜的高突地形較簡(jiǎn)單平緩地形的震害重；發(fā)震斷層附近的震害重于遠(yuǎn)離斷層的震害。中國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是通過(guò)場(chǎng)地地段的選擇和場(chǎng)地分類(lèi)來(lái)體現(xiàn)局部場(chǎng)地影響的研究成果。中國(guó)的第一部建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范完成于1957年，到目前已完成了7部9個(gè)版本的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的編制[20-28]。中國(guó)的場(chǎng)地分類(lèi)方案出現(xiàn)在由中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)研究所(現(xiàn)為中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所)主持編寫(xiě)的《地震區(qū)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(草案稿)》中，分類(lèi)方案列于表10。在此后各版本的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范均有場(chǎng)地分類(lèi)的內(nèi)容。中國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的演化過(guò)程列于表11，目前執(zhí)行的建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范采用雙指標(biāo)進(jìn)行場(chǎng)地分類(lèi)，分類(lèi)方案列于表12。

表10 1964年《地震區(qū)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(草案稿)》場(chǎng)地分類(lèi)Table 10 Site classification in 1964 code for design of buildings in seismic area (Draft)

表11 中國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范場(chǎng)地分類(lèi)演化過(guò)程列表Table 11 Evolutionary process of site classification for China Building Seismic Design Code

表12 GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2016版)場(chǎng)地分類(lèi)Table 12 Site classification of GB50011-2010 Code for Seismic Design of Buildings(2016)

3 場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)

目前，世界各國(guó)在抗震規(guī)范中提出的場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)主要有巖土性質(zhì)、巖土的剪切波速和平均剪切波速、覆蓋層厚度、地基承載力、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)、不排水剪切強(qiáng)度、單位容重、相對(duì)密度、反應(yīng)譜的峰值周期、地脈動(dòng)卓越周期等，一般選取其中的2～3種指標(biāo)用于場(chǎng)地分類(lèi)。通常，場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)應(yīng)盡可能正確反映場(chǎng)地的動(dòng)力效應(yīng)和抗震性能；同時(shí)，還應(yīng)考慮在工程上使用簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和易求的特點(diǎn)。因此，如何合理確定分類(lèi)指標(biāo)是場(chǎng)地分類(lèi)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

從表1-表12可以看出，各國(guó)抗震規(guī)范普遍采用剪切波速作為場(chǎng)地分類(lèi)的指標(biāo)之一。剪切波速的大小體現(xiàn)了場(chǎng)地的軟硬程度或密實(shí)度，可以較好地反映場(chǎng)地的動(dòng)力特性，廣泛應(yīng)用于場(chǎng)地分類(lèi)、地震安全性評(píng)價(jià)、砂土液化、卓越周期計(jì)算等方面。等效剪切波速是根據(jù)走時(shí)等效原則進(jìn)行計(jì)算得到的一定深度巖土層的加權(quán)平均剪切波速，反映的是各土層的平均剛度。國(guó)內(nèi)外采用的等效剪切波速指標(biāo)除計(jì)算深度的差異外，并無(wú)不同。1992年，Borcherdt 和Glassmoyer[29]首次提出采用30m以內(nèi)的土層等效剪切波速(Vs30)作為場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)，并通過(guò)分析對(duì)比3種Vs30估算模型論證了其代表場(chǎng)地效應(yīng)的可行性。1997年，該方法被美國(guó)抗震規(guī)范(NEHRP)采納，Vs30逐漸成為國(guó)際上普遍采用的場(chǎng)地分類(lèi)主要指標(biāo)。但Vs30對(duì)于計(jì)算深度的值是固定的，忽視了覆蓋層厚度與土層結(jié)構(gòu)對(duì)地震動(dòng)參數(shù)的影響。Di Giacomo等[31]對(duì)淺層土進(jìn)行了反演實(shí)驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)為Vs30可能會(huì)對(duì)場(chǎng)地類(lèi)別造成一定程度的誤導(dǎo)。Park和Hashash[32]以密西西比河河口為例，研究了深厚土層中的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)Vs30在短周期內(nèi)過(guò)于保守，而在長(zhǎng)周期內(nèi)則相反，并不適用于深厚土層。Pitilakis等[33]認(rèn)為單一指標(biāo)難以反映場(chǎng)地土層的變化，建議采取平均剪切波速、覆蓋層厚度以及場(chǎng)地周期多指標(biāo)共同確定場(chǎng)地類(lèi)別，但其給出的場(chǎng)地分類(lèi)方案過(guò)細(xì)，并不適用于工程應(yīng)用，有待改進(jìn)。陳卓識(shí)、袁曉明等[34]揭示了土層剪切波速不確定性對(duì)場(chǎng)地剛性判斷的影響,進(jìn)而分析了我國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)可能潛在誤判的區(qū)域。王琦等[35]發(fā)現(xiàn)剪切波速與埋深存在明顯的相關(guān)性，給出了場(chǎng)地類(lèi)別考慮與否情況下常見(jiàn)土類(lèi)剪切波速與埋深的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。人們發(fā)現(xiàn)僅僅根據(jù)等效剪切波速對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分類(lèi)顯然存在不足，因此又通過(guò)其它指標(biāo)輔助來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。

我國(guó)是國(guó)際上少數(shù)采取覆蓋層厚度作為場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)的國(guó)家。1984年，周錫元等[36]首次提出采用覆蓋層厚度作為分類(lèi)指標(biāo)用于我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)中場(chǎng)地類(lèi)別劃分。覆蓋層厚度不僅能影響地震動(dòng)的幅值，還能反映地震動(dòng)的頻譜特性，諸多學(xué)者從不同角度論證了覆蓋土層厚度作為場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)的適用性和合理性。郭俊平[37]通過(guò)列舉宏觀震害現(xiàn)象指出不同場(chǎng)地的震害程度與場(chǎng)地土的覆蓋層厚和結(jié)構(gòu)組成有密切關(guān)系，李敏[38]通過(guò)分析同一地震動(dòng)下覆蓋層厚度與場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律，指出我國(guó)使用覆蓋層厚度作為分類(lèi)指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)。竇立軍等[39]提出了場(chǎng)地分類(lèi)的一個(gè)新的指標(biāo)—場(chǎng)地卓越周期，即利用場(chǎng)地的最低共振頻率進(jìn)行分類(lèi)，認(rèn)為場(chǎng)地應(yīng)從基巖處開(kāi)始考慮地震波的放大特性，而不僅僅只考慮20m～30m的計(jì)算深度。

在其他國(guó)家的場(chǎng)地分類(lèi)中，常見(jiàn)的指標(biāo)還有標(biāo)貫擊數(shù)和不排水抗剪強(qiáng)度等。標(biāo)貫擊數(shù)的大小反映了土的密實(shí)程度，在我國(guó)主要應(yīng)用于飽和砂土的液化判別。有學(xué)者在基于臺(tái)灣集集地震對(duì)場(chǎng)地分類(lèi)合理性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，利用標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行分類(lèi)的準(zhǔn)確性較高，特征周期和剪切波速方法次之。黃雅虹等[40]、張鳳濤等[41]在對(duì)國(guó)內(nèi)外抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比時(shí)，均建議可以適當(dāng)考慮標(biāo)貫擊數(shù)、不排水抗剪強(qiáng)度等原位測(cè)試和試驗(yàn)指標(biāo)用以對(duì)我國(guó)規(guī)范場(chǎng)地分類(lèi)方案進(jìn)行改進(jìn)。邱志剛等[42]提出了剪切波速與標(biāo)貫擊數(shù)之間的回歸關(guān)系，并提出應(yīng)適當(dāng)細(xì)分土類(lèi)。

土層結(jié)構(gòu)對(duì)地震動(dòng)的影響受到研究者的普遍關(guān)注[42-49]。齊文浩和薄景山等[50-53]對(duì)此專(zhuān)門(mén)進(jìn)行研究，提出將場(chǎng)地基本周期作為場(chǎng)地分類(lèi)指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)行規(guī)范場(chǎng)地分類(lèi)方法進(jìn)行改進(jìn)。所謂的場(chǎng)地基本周期，是指基于剪切波速和覆蓋層厚度已有指標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用逐層單自由度法求得的場(chǎng)地周期，與現(xiàn)行求解場(chǎng)地周期的子層周期求和法相比更能體現(xiàn)土層結(jié)構(gòu)的變化，更能反映場(chǎng)地的振動(dòng)特性。王競(jìng)等[54-55]利用基本周期推導(dǎo)出的周期等效剪切波速代替等效剪切波速對(duì)現(xiàn)行場(chǎng)地分類(lèi)方法進(jìn)行改進(jìn)，給出了考慮土層結(jié)構(gòu)影響的場(chǎng)地分類(lèi)方案，該方法還未在實(shí)際應(yīng)用中1得到推廣，但對(duì)于場(chǎng)地分類(lèi)方法的改進(jìn)上有一定的啟示。

4 場(chǎng)地分類(lèi)方案對(duì)比

本文對(duì)世界上9個(gè)國(guó)家和歐洲現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，從場(chǎng)地分類(lèi)數(shù)、選用的分類(lèi)指標(biāo)、計(jì)算深度、確定基巖最低波速或周期值、場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)的表述方法和對(duì)特殊土有無(wú)規(guī)定等6個(gè)方面對(duì)場(chǎng)地分類(lèi)方案進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)果列于表13。

表13 各國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)對(duì)比列表Table 13 Comparison of site classification in different countries

分析表13可見(jiàn)：

(1)場(chǎng)地分類(lèi)數(shù)有一定差異。分類(lèi)數(shù)目在3-7類(lèi)不等,歐美國(guó)家對(duì)于場(chǎng)地分類(lèi)更加細(xì)致，日本、尼泊爾分類(lèi)較為粗略，中國(guó)、土耳其、智利、新西蘭、韓國(guó)相對(duì)適中。

(2)從分類(lèi)指標(biāo)來(lái)看，中國(guó)、土耳其、智利、新西蘭、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲、伊朗均使用剪切波速作為場(chǎng)地分類(lèi)的主要指標(biāo)，日本與其他國(guó)家區(qū)別較大，主要使用場(chǎng)地周期進(jìn)行分類(lèi)。此外，歐洲、美國(guó)、韓國(guó)、土耳其、智利、新西蘭、尼泊爾選用標(biāo)貫擊數(shù)用以輔助分類(lèi)，土層厚度、不排水抗剪強(qiáng)度、密度以及周期也被多數(shù)國(guó)家所選用，少數(shù)國(guó)家還利用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度作為輔助指標(biāo)，以增加分類(lèi)的準(zhǔn)確性。大多數(shù)國(guó)家選取多個(gè)指標(biāo)用于場(chǎng)地分類(lèi)，少數(shù)國(guó)家，如日本、伊朗僅通過(guò)一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行場(chǎng)地分類(lèi)，我國(guó)選取剪切波速和覆蓋層厚度兩個(gè)指標(biāo)，相對(duì)較少，可以考慮適當(dāng)增加分類(lèi)指標(biāo)使得場(chǎng)地分類(lèi)更加合理。

(3)在計(jì)算深度上，由于分類(lèi)指標(biāo)的差異，智利、尼泊爾未規(guī)定計(jì)算深度，中國(guó)選取覆蓋層厚度和20m的較小值，歐洲、美國(guó)、土耳其等其他國(guó)家均規(guī)定計(jì)算深度為30m。不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)外選取的計(jì)算深度普遍高于我國(guó)，一般認(rèn)為，計(jì)算深度的加大能反映更多的土層信息。薄景山等[56]也通過(guò)研究證實(shí)上覆30m的土層對(duì)地震動(dòng)峰值和特征周期影響顯著，大于30m的土層的影響明顯減弱。因此，大量學(xué)者認(rèn)為增加計(jì)算深度是合理的，并對(duì)Vs30的外推公式進(jìn)行了研究[57-62]，以解決現(xiàn)有資料不足的影響，便與國(guó)際接軌。

(4)關(guān)于確定基巖最低波速值和卓越周期值。土耳其將剪切波速大于1 000 m/s的巖土體定為基巖，歐美、韓國(guó)、智利、伊朗選取剪切波速大于750m/s以上為基巖面，新西蘭規(guī)定剪切波速大于600m/s的巖土體視為基巖，均比我國(guó)選取的500m/s界限值更安全，但經(jīng)濟(jì)成本也更高。日本、尼泊爾通過(guò)場(chǎng)地卓越周期的大小確定基巖面，日本規(guī)定卓越周期小于0.4s的場(chǎng)地為基巖，尼泊爾則認(rèn)為卓越周期小于0.2s的場(chǎng)地可視為基巖。郭鋒等[63]認(rèn)為剪切波速大于500m/s只能認(rèn)為是軟基巖或堅(jiān)硬土，應(yīng)提高基巖面剪切波速的界限值。

(5)地震動(dòng)參數(shù)的表述方法方面。中國(guó)、土耳其、智利、新西蘭、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本、尼泊爾、伊朗均通過(guò)反應(yīng)譜的形式表述地震動(dòng)參數(shù)。其中，土耳其、韓國(guó)、美國(guó)、日本采用加速度反應(yīng)譜，中國(guó)、智利、歐洲、尼泊爾采用地震影響系數(shù)反應(yīng)譜，伊朗采用動(dòng)力放大系數(shù)反應(yīng)譜，新西蘭采用反應(yīng)譜譜形函數(shù)。必須強(qiáng)調(diào)無(wú)論采取哪種形式的反應(yīng)譜進(jìn)行表達(dá)，各國(guó)均根據(jù)不同類(lèi)別場(chǎng)地對(duì)反應(yīng)譜形狀進(jìn)行調(diào)整。

(6)對(duì)于特殊土的規(guī)定。在對(duì)場(chǎng)地分類(lèi)時(shí)，新西蘭、美國(guó)、歐洲、尼泊爾均對(duì)特殊土進(jìn)行了特殊的規(guī)定，歐美國(guó)家主要針對(duì)可液化土和敏感性粘土進(jìn)行特殊規(guī)定，新西蘭和尼泊爾主要針對(duì)黏性土和無(wú)黏性土進(jìn)行區(qū)分。特殊土較一般性土有其單獨(dú)的特性，針對(duì)特殊土進(jìn)行特殊規(guī)定顯然更為合理。

(7)圖1是場(chǎng)地主要分類(lèi)指標(biāo)在不同國(guó)家的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中出現(xiàn)的頻度圖。從圖中可見(jiàn)，在參與統(tǒng)計(jì)的10部規(guī)范中，剪切波速出現(xiàn)的最多，單軸抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)的最少。土的剪切波速、標(biāo)貫擊數(shù)、覆蓋層厚度和不排水抗剪強(qiáng)度是各國(guó)抗震規(guī)范常用的指標(biāo)。

圖1 主要分類(lèi)指標(biāo)在參與統(tǒng)計(jì)的不同國(guó)家抗震規(guī)范中出現(xiàn)的頻度圖Fig.1 Frequency chart of main classification indexes in seismic codes of different countries

5 問(wèn)題與討論

場(chǎng)地分類(lèi)的科學(xué)性主要體現(xiàn)在能夠合理的反映出不同場(chǎng)地的地震動(dòng)特性。場(chǎng)地是地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，長(zhǎng)期的歷史演化過(guò)程和特殊的成分結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出特殊的動(dòng)力學(xué)特性，由于巖土材料的復(fù)雜性，也使得基于巖土動(dòng)力學(xué)差異的場(chǎng)地分類(lèi)遇到了一定的困難。盡管百余年的不斷探索取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但在這一研究領(lǐng)域尚有若干問(wèn)題需要繼續(xù)開(kāi)展研究工作。

(1)建立場(chǎng)地條件試驗(yàn)場(chǎng)。不同場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)規(guī)定的合理性是場(chǎng)地分類(lèi)研究的終極目標(biāo)。強(qiáng)震記錄是檢驗(yàn)這一合理性的唯一標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的強(qiáng)震記錄大多建立在Ⅰ、Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地上，Ⅲ、Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地特別是Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地強(qiáng)震記錄缺乏。因此，為深入開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究工作有必要在強(qiáng)震多發(fā)區(qū)建立場(chǎng)地條件試驗(yàn)場(chǎng)，積累不同場(chǎng)地的強(qiáng)震記錄并以此來(lái)檢驗(yàn)現(xiàn)行分類(lèi)方法及設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)規(guī)定的合理性。

(2)開(kāi)展土層結(jié)構(gòu)影響的試驗(yàn)研究。土層結(jié)構(gòu)是指不同土層在場(chǎng)地中的排列順序，土層結(jié)構(gòu)特別是存在軟弱層的土層結(jié)構(gòu)對(duì)地震動(dòng)有著顯著的影響，現(xiàn)有的強(qiáng)震資料不足以滿足研究工作的需要，試驗(yàn)研究是分析這一問(wèn)題的重要途徑。因此，建議開(kāi)展土層結(jié)構(gòu)影響的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。盡管開(kāi)展這一試驗(yàn)在很多方面存在一定的困難，但其研究成果對(duì)推動(dòng)場(chǎng)地分類(lèi)研究有著重要的研究意義。

(3)探索新的分類(lèi)指標(biāo)和分類(lèi)方法。從抗震的角度看，場(chǎng)地分類(lèi)實(shí)質(zhì)上是場(chǎng)地巖土動(dòng)力特性的分類(lèi)和抗震能力的劃分，分類(lèi)指標(biāo)的選取和分類(lèi)方法是場(chǎng)地分類(lèi)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。場(chǎng)地地脈動(dòng)卓越周期、土層卓越周期和地震動(dòng)卓越周期等都可以反映土層不同存在狀態(tài)的動(dòng)力特性。我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中場(chǎng)地分類(lèi)的雙指標(biāo)法，體現(xiàn)了土層的卓越周期，適用于波速遞增型場(chǎng)地，不能合理的反映土層結(jié)構(gòu)的影響，考慮到巖土組成和動(dòng)力反應(yīng)的復(fù)雜性，建議嘗試以土層基本周期[51-55]為指標(biāo)，以土層結(jié)構(gòu)、土的抗剪強(qiáng)度和密度為參考指標(biāo)的場(chǎng)地類(lèi)別劃分方法。

(4)建立全國(guó)分區(qū)域的場(chǎng)地分類(lèi)方案。中國(guó)地域遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，統(tǒng)一的場(chǎng)地分類(lèi)方案很難反映出不同地區(qū)場(chǎng)地的差異，因此，建議在全國(guó)工程地質(zhì)條件分區(qū)的基礎(chǔ)上建立場(chǎng)地分類(lèi)方案，給出全國(guó)不同分區(qū)的場(chǎng)地分類(lèi)方法，并針對(duì)濕陷性黃土、淤泥土、紅土等特殊土開(kāi)展動(dòng)力學(xué)特性和場(chǎng)地分類(lèi)研究。

(5)對(duì)現(xiàn)行分類(lèi)方法的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。在近年來(lái)發(fā)生的汶川地震、玉樹(shù)地震、漳縣岷縣地震、蘆山地震和九寨溝地震中，我國(guó)強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)在具有場(chǎng)地勘察資料的臺(tái)站獲得了大批有科學(xué)意義的強(qiáng)震記錄。可以利用這些記錄檢驗(yàn)我國(guó)場(chǎng)地分類(lèi)的合理，分析存在的問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的辦法。

(6)開(kāi)展場(chǎng)地分類(lèi)的基礎(chǔ)研究。場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)的影響是場(chǎng)地分類(lèi)的基礎(chǔ)，這一領(lǐng)域的若干問(wèn)題尚需深入研究。例如，軟弱表層的影響問(wèn)題、土層結(jié)構(gòu)的影響問(wèn)題、特殊土動(dòng)力特性的影響問(wèn)題、發(fā)震斷層的影響問(wèn)題等。除此之外，分類(lèi)指標(biāo)的計(jì)算深度問(wèn)題、連續(xù)性變化的問(wèn)題、分類(lèi)界限的確定問(wèn)題以及不同場(chǎng)地地震動(dòng)參數(shù)的合理規(guī)定問(wèn)題都需要開(kāi)展深入的研究工作。

6 結(jié)語(yǔ)

場(chǎng)地分類(lèi)是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，不同場(chǎng)地抗震設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)定的合理性在一定的程度上決定著結(jié)構(gòu)的地震安全性。從國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀來(lái)看，選用什么樣的指標(biāo)來(lái)反應(yīng)場(chǎng)地的動(dòng)力學(xué)特性以及這些指標(biāo)獲取的難易程度一直是這一領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。場(chǎng)地土層的卓越周期是反映場(chǎng)地振動(dòng)特性的重要指標(biāo)，它可以通過(guò)土層的密度、厚度和剪切波速等資料通過(guò)理論計(jì)算給出，而土層密度、厚度和剪切波速在場(chǎng)地勘查中不難得到。場(chǎng)地的卓越周期可由土層的卓越周期獲得。因此，基于場(chǎng)地振動(dòng)周期進(jìn)行場(chǎng)地分類(lèi)是當(dāng)前這一領(lǐng)域的明顯趨勢(shì)。強(qiáng)震觀測(cè)資料是檢驗(yàn)場(chǎng)地分類(lèi)和地震動(dòng)參數(shù)規(guī)定合理性的唯一標(biāo)準(zhǔn)，由于地震為小概率事件，試驗(yàn)研究的積累和室內(nèi)土層地震反應(yīng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)推動(dòng)場(chǎng)地分類(lèi)研究具有重要的科學(xué)意義。本文提出的研究建議對(duì)推動(dòng)場(chǎng)地分類(lèi)研究具有重要的參考價(jià)值。