评估地震场地响应中土体的非线性行为:KiK-net台网强震数据的统计分析

通过日本KiK-net台网数据库的各种地震记录,研究了土体的非线性行为对场地响应的影响。这个台网由不少于688个地表—井下仪器构成,从这个台网还获得了直到井孔深度的剪切波和压缩波速度剖面的特征。为了通过计算每个场地的地表与井下频谱比来表征土体的线性行为,我们挑选了井下台站地震动峰值加速度(PGA)<10cm/s2的事件。使用强震动事件(PGA>50cm/s2)计算的场地响应曲线相对线性表征的变化被认为是由非线性土体行为造成的。为了描述每个事件土体非线性行为对场地响应的影响,我们提出了场地响应曲线相对线性估计的变化(放大或衰减)百分比(PNL ev,非线性百分比)和有关的位移频率(Sh ev)。这些参数被用于估计非线性场地响应显著区别于相应线性场地响应的概率。我们发现,不管何种场地,这个概率即使对低输入地震动峰值加速度(井下传感器的值不小于30cm/s2)也是重要的。这表明,在中强地震动场地响应评估中必须考虑非线性土体行为。此外,对记录了至少两个强震事件(井下PGA>50cm/s2)的KiK-net台网数据库的54个场地,我们定义了每个场地的表征土体非线性行为对场地响应影响的另外4个参数:(1)地震动峰值加速度阈值(PGA th),定义为PNL ev高于10%的地震动峰值加速度值;(2)地震动峰值加速度为50cm/s2的特定场地的PNL(PNL site);(3)地震动峰值加速度为50cm/s2的卓越频率的特定场地移位(Sh site);(4)在非线性和线性场地响应之间观测到衰减的频率(fNL)。我们观察到在fNL之下的频率,非线性土体行为可增强放大作用。我们发现fNL介于场地响应基频率和卓越共振频率之间,近地表具有V S反差的场地触发低地震动峰值加速度输入阈值的非线性行为。这些结果表明,非线性行为多发生在地表土层中。此外,通过研究地表的地震水平与垂直频谱比的土体非线性行为,我们发现它们对评估fNL频率和位移频率(Sh site)能够给出满意的结果(等价于井下场地响应的分析),这表明本研究获得的部分结果可以扩展到没有井下传感器的其他数据库。