基于地震动预测残差分析的工程场地分类标准检验与评价

各国抗震设计规范采用不同的指标定义场地分类标准,以中、日、美三国的标准最具有代表性,其能否合理体现相同类别内场地放大的集中性、不同类别间场地放大的差异性鲜见有研究开展检验与评价。针对此问题,利用日本KiK-net台网的强震动记录和台站的钻孔资料,分别以三国分类标准划分台站场地类别,基于地震动预测残差分析方法计算台站的真实场地放大因子,比较分析不同分类标准、不同场地类别的场地放大因子均值及标准差分布情况。得到如下结论:在PGA和SA的短周期段(T<0.1 s),以场地自振周期TS作为分类指标的日本规范没有体现出不同类别间场地放大效应的差异性,以地表20 m内等效剪切波速VSE及覆盖层厚度双指标的中国规范和以地表30 m以内平均剪切波速VS30为指标的美国规范均能较好地反映不同类别间场地放大效应的差异性;日本规范在整体上体现相同场地类别内场地放大的集中性方面表现最好,对于长周期(T>2 s)地震动,中国规范则表现最优越;中国III类场地对中长周期地震动的放大体现出较大离散性,分类标准合理性还需要进一步深入分析。研究结果可为改进场地分类方法提供理论参考。

区域场地分类方法研究综述

大量破坏性地震震害调查结果表明:松软土层场地上的震害情况要比坚硬岩石场地上的震害情况更加严重,在一定区域范围内不同类型场地上震害差别也较大,因此场地放大效应及区域场地分类的研究逐渐成为地震工程领域关注的热点问题。随着高精度地形地貌数据及地理信息处理软件的逐步完善,区域场地分类方法的研究迅速发展。本文重点介绍了基于地形条件、地貌条件、地质条件及综合条件的场地分类方法,对各方法的优缺点进行探讨,并分析了其在使用时应注意的重点问题。

基于二维多规则云模型定性推理的场地分类方法

针对场地土及其分类的模糊性和随机性特征,建立了基于二维多规则云模型定性推理的场地分类方法,实现了场地分类边界不确定性划分.设计了场地分类的二维多规则定性推理生成器,将其应用于场地类别和特征周期的识别过程中,实现了场地分类和特征周期的连续化,克服了在分类边界处易出现类别跳跃等不合理现象,基本实现了现行建(构)筑物抗震规范在场地分类方面的统一.最后利用该方法对74个实例进行分析,场地分类的正确率达到97.3%,表明了该方法是可行的、有效的.

工程场地分类中等效剪切波速计算深度问题的讨论

根据中国华北、华东、华南、东北和西北等地918个实测钻孔资料的计算统计,探讨了工程场地分类中等效剪切波速计算深度取值20m和30m的实际差别,并对中国、美国、欧洲现有规范利用等效剪切波速进行场地类别划分的方法特点和具体指标进行了对比讨论。结果表明:1)计算深度由20m增加至30m时,钻孔等效剪切波速值的增大范围约为15～50m/s,平均增加值为25m/s;2)与欧美规范相比,中国现行规范(GB50011-2001)在划分场地类别时要求同时考虑20m计算深度的等效剪切波速值和覆盖层厚度,而在许多实际工程中,因较准确的覆盖层厚度不易获取而难以具体进行场地分类。因此,有必要借鉴欧美规范,通过增大等效剪切波速的计算深度至30m来强化该指标在场地类别判定中的作用。

基于土层结构的场地分类方法

本文在详细研究了不同土层结构在不同地震动输入下的地表反应谱的平台值和特征周期的基础上,提出了基于土层结构的场地分类的初步方案。本方案给出了在现行建筑抗震设计规范四类场地划分的基础上,进一步考虑软弱夹层在底部、中部和上部3种情况的场地分类方法。本文的结果对进一步推动场地分类的研究具有一定的意义。

场地分类及其在我国的演变

简要总结了国内外场地分类的研究现状,详细介绍了我国自1959年以来不同版本的抗震设计规范关于场地分类的规定。以中国的建筑抗震设计规范为线索,介绍了场地分类在我国的演化过程,对场地分类的研究方向提出了建议。

适用于中国场地分类的地震动反应谱放大系数

对美国抗震设计规范的场地系数的研究基础进行了分析,并对中美两国场地分类指标进行了对比.通过对场地土层波速测试资料的分析,找出了两种分类方法的联系,从而得到了将美国场地系数转换为适于中国场地分类的方法,同时给出了基于中国场地分类的地震动反应谱放大系数.

基于谱比法的高铁地震台站场地分类初探

我国高铁地震台站未进行场地分类,限制了高铁强震记录的使用范围。利用2016年青海门源6.4级地震兰新高铁地震监测台站记录到的主余震强震数据,计算余震峰值加速度小于35 cm/s 2的平均谱比曲线作为场地线性反应参考,评估峰值加速度超过35 cm/s 2的强震记录对应台站场地的非线性程度,从而筛选出用于台站场地分类的强震记录,随后采用中国强震台站经验场地分类方法完成了4个高铁地震台站的场地分类,并证明同一台站近远高铁监测点的场地分类结果相同,这表明我国高铁地震台站建设方案能够有效降低双监测点在场地条件上差异,具有合理性。最后分析了同一台站近远高铁监测点主震强震动记录相差较大的原因。

场地分类的新指标——土层等效周期

提出以土层等效周期替换土层等效剪切波速进行场地分类的思想,以克服土层等效剪切波速指标的局限性。以我国双参数场地分类法为例,讨论土层等效剪切波速在实际工程应用中造成的不合理场地分类现象,论证场地基本周期区分场地动力特性的合理性,在场地基本周期概念的基础上延拓提出土层等效周期的概念,通过调整60个实际工程场地的土层结构,研究了土层等效周期和特征周期的关联性。结果表明:随计算深度内土层结构的改变,各场地的土层等效周期均变大,特征周期亦随之增大,其中,Ⅰ类场地二者变化不明显,Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地的二者增大明显,即土层等效周期与特征周期呈现有较强的关联性;而土层等效剪切波速及场地类别并不随计算深度内土层结构改变而改变。土层等效周期比土层等效剪切波速更适合作为场地分类指标。

场地分类新方法的研究

本文分析了现行“建筑抗震设计规范”（ＧＢＪ１１—８９）中的场地分类方法并指出其中的不足。根据对大量的实际场地的理论计算，发现场地传递函数的幅值谱有一定的规律性，以此为根据提出了一种新的场地分类方法，为场地分类方法的研究提供一个新的思路。

国内外不同抗震设计规范中场地分类方法的内在关系研究

目前国内外不同行业(如建筑、铁路、公路、构筑物、电力、水利等)在抗震设计的场地分类方面,主要考虑各自的应用特色和具体需求,尚无一套所有相关行业统一认可的标准和依据。本文归纳和对比了国内外多种行业规范在场地土和场地类别划分方面的依据和方法,并讨论和分析了各规范之间的主要异同和内在关系。在此基础上,指出我国在抗震设计方面,应制定一种兼顾多行业需求的通用型场地分类规范,以更好地适应各类工程建设的需求。

砂土液化对设计反应谱和场地分类的影响

本文采用有效应力原理分析了液化土层对设计反应谱的影响,分析中考虑了砂层的厚度、埋深和输入地震动等因素。选择Ⅱ类场地,将其标准反应谱合成的三条地震加速度时程在考虑土层非液化下反演到基岩,再正演计算存在液化层时的地面运动时程和反应谱。分析结果表明,从特征周期的变化来看,液化土层使Ⅱ类场地易变为Ⅳ类场地,对地震影响系数的作用则不是很大,但频谱上0.8s是一个分界线,液化土层对分界线以下的高频分量有一定减震效果,对分界线以上的低频分量有显著的放大效应。

中外抗震设计规范场地分类对应关系

我国强震观测台站数量及强震观测数据均较少,目前我国地震动研究多选用美国等国家和台湾地区的强震数据。然而,我国与国外及台湾地区抗震设计规范中场地分类的差异,直接妨碍和影响了对国外和台湾地区强震数据的利用。本文通过收集美国等国家和台湾地区的235个台站场地的详细勘探资料,对比我国与美国等国家及台湾地区的抗震设计规范中场地分类指标,找出了我国与美国等国家和台湾地区抗震规范场地分类指标间的关系,即根据地下30 m深度范围内的等效剪切波速,按照01抗震规范进行场地分类,以利于我国利用国外和台湾地区强震数据进行地震动研究。

谱比法场地分类研究综述

工程场地分类是抗震设计的基础性工作。本文总结了传统场地分类方法的基本思路,对目前新兴的基于强震记录的单点水平/竖直谱比场地分类方法做了重点介绍。从基于谱比卓越周期划分场地类别和基于谱比曲线形状划分场地类别两个角度归纳整理了目前这种方法,并且对国内外研究进展及其优缺点做了总结。目前我国强震动台网的部分台站缺少钻孔勘测资料,台站场地分类较为简化,这种方法可以作为一种有效的手段解决这一问题。最后结合我国的实际情况,对该方法实际应用中需要注意的一些问题做了探讨。

基于GIS的场地分类方法研究

我国现有的场地分类方法,难以实现大范围区域性的场地分类,因此,有必要探索新的场地分类方法,用于实现区域性场地分类。本文在搜集地质资料的基础上,结合NEHRP的场地分类描述,通过建立地质特征与场地分类的关系表,形成了一种新的区域性场地分类方法,并以实际钻孔资料获得的场地分类验证了这种分类方法的有效性。

中国场地分类方法的一种改进方案

针对中国现行双参数场地分类法不能反映土层结构的问题,提出了利用可反映土层结构的场地基本周期估算公式进行改进的方案。通过改写现行土层等效剪切波速计算公式的形式,指出利用子层周期求和法计算场地基本周期是造成现行场地分类法存在问题的症结所在,提出了利用可反映土层结构的场地基本周期公式对其进行替换,形成新的土层等效剪切波速计算公式。结果表明,新公式计算的土层等效剪切波速变化规律和反应谱特征周期变化规律相一致,而从规范公式所得的结果却无变化。因此,新公式比规范公式更能灵敏反映场地特征的变化。

昆明烈度速报台网子台场地分类

依据昆明烈度速报台网子台场地钻孔资料、等效剪切波速以及地脉动测试结果,对不同强震动台站的场地划分标准作了对比。结合昆明盆地的地质构造特征,对昆明强震动烈度台站的场地类别作了判定。同时指出,对个别判定指标临近划分标准分界线的台站的分类工作还需进一步研究。

场地分类研究现状及有关问题的讨论

强震观测资料和震害资料表明,场地条件对地震动有着重要的影响。从工程抗震的角度出发,依据场地条件对场地进行分类并规定不同场地的设计地震动参数是目前各国抗震设计规范的通行做法,也是当前岩土工程抗震研究的重要内容。本文对国内外抗震规范中场地分类的研究历程进行了梳理和总结;对场地分类指标进行了分析和评述,并对有代表性的中国、美国、欧洲、日本、土耳其、智利、尼泊尔、伊朗、韩国、澳大利亚和新西兰等国家和地区抗震设计规范中的场地分类方案开展了对比研究。在此基础上,重点讨论了我国现行抗震设计规范中场地分类存在的问题,并提出了这一领域今后需要研究的若干关键问题。本文的工作对从事场地分类研究的科技人员有一定的参考价值。

横观各向同性场地的速度特征及场地分类

从弹性波理论出发,研究了各向异性介质中地震波的速度特征、波型和测试方法等影响因素,探讨了目前规范中场地分类存在的若干问题以及场地卓越周期的计算问题.考虑卓越周期对地震动特性以及结构抗震设计的影响,提出了利用场地卓越周期及考虑各向异性主轴进行场地分类和各向异性场地卓越周期确定的新方法.

地形坡度场地分类法在玉溪-江川-通海盆地的适用性研究

基于高精度的ASTER GDEM数据,利用Wald和Allen地形坡度场地分类法,并借鉴30 m等效剪切波速v30s和20 m等效剪切波速v20s之间的关系,对我国云南的玉溪盆地、江川盆地、通海盆地的场地土,按照我国的场地土类别规则加以划分,并将结果与综合探测的"真实结果"进行了对比,结果表明:(1)地形坡度场地分类法划分出了中硬土ZYⅡ和中软土ZRⅢ这两种区域,定性上与"真实情况"相类似。(2)将玉溪地区当作活动地块,比将其当作稳定地块,要更符合实际情况。(3)该方法没有划分出软弱土RRⅣ区,与"真实情况"相比,定量上存在显著的、较大的差别。说明将该方法直接应用于深厚的、成因复杂的沉积盆地的场地土类别划分,是有局限性的。