用土层地震反应分析方法确定地震动参数的探讨
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摘要 本文通过对地震安全性评价工程实例中的多种因素替代试算，对影响土层地震反应分析结果的因素进行了分析。在建筑场地的土层反应分析中，覆盖层土层岩性、土层结构突变（夹层）以及输入剪切波值对土层地震反应都有影响。其中软弱夹层对地震反应分析的峰值加速度值和特征周期值都有显著影响，而硬夹层、单纯的覆盖层和基岩层土的类别对土层地震反应影响不大。
关键词 土层地震反应；地震动参数；峰值加速度；特征周期
中图分类号P315 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）42-0075-02
0 引言
随着我国经济和建筑设计技术的发展，社会对建设工程质量要求的提高，建设工程场地的地震安全性评价工作被越来越多的建设单位重视起来。工程场地地震安全性评价是根据建设工程场址和场址周围的地震与地震地质环境的调查、场地工程地质条件的勘测，通过地震地质、地球物理、地震工程等多学科资料的综合评价和分析计算，按照工程类型、性质、重要性，科学合理地给出与工程抗震设防要求相应的地震动参数，以及场址的地震地质灾害评价。在确定场地地震动相关参数时，目前主要用的方法就是将场地地震危险性分析的结果作为地震输入，进行场地内土层地震反应分析计算得出。
1 土层地震反应分析算例
1.1 土层地震反应分析简介
土体是非线性较强的材料，在地震等不规则荷载作用下，其应力应变关系表现出复杂的滞回特性。现行土层地震反应分析方法用等效线性化方法，在总体动力学效应大致相当的意义上对土体非线性的简化处理，是处理土体非线性的一种突破。这种方法是现行土层地震反应分析方法的基本原理。土层地震反应分析在建设工程的地震安全性评价及抗震设计中发挥了重要作用。对工程场地进行土层地震反应分析，现在应用最多的是李小军等编制的ESE-SLRA程序，本文计算也用该程序。
1.2 工程概况
某高层住宅区，主要建筑为多栋32层住宅楼。在地震安全性评价工作中，进行了三个工程地质钻探孔，并用单孔法测定了土层每米的剪切波速。场地的覆盖层厚度46m，20m等效剪切波速210m/s，据建筑抗震规范可知场地土为中软场地土，场地类别为Ⅱ类场地。三个孔的岩性结构和物理性能数据变化不大，以有代表性的k2孔岩性结构为例，建立了土层反应分析模型（表1）。
用ESE-SLRA程序对场地50年超越概率63%、50年超越概率10%、50年超越概率2%的水平峰值加速度及加速度反应谱进行了计算。在此我们只对50年超越概率10%的反应分析进行讨论，其结果如表2（1、2、3分别为三次随机合成的地震动时程的计算结果）：
峰值加速度值（gal） 特征周期（s）
1.3 影响土层地震反应分析的讨论
为了探索土层岩性对土层地震反应分析的影响，笔者除进行工程场地实际情况（原模型，用a代表）的计算外，分别将土层岩性做了改变进行计算，以观察土层岩性及结构的变化对场地土层地震反应分析的影响。分别做了如下几种情况的试算：b，将第5层换成砂；c，将输入层岩性换成粉质粘土；d，将第5层变成软弱层（把剪切波速值变成160）；e，将第5层变成硬夹层（把剪切波速值变成500）；f，将所有土层的天然密度都减小10%；g，把输入剪切波速值变大（变成650）。以上替代都是只在原模型上的单因素替代。计算结果如表3：
从表3及图1、图2可知，土层的不同物理性能参数及土层结构对土层地震反应影响不同（其它），具体影响分析如对土层反应影响最显著的是土层结构中存在软弱土夹层（算例d），使场地的特征周期（Tg）变长至0.6s，该场地地处安阳市区，按抗震设计规范为0.35s，具体地震安全性评价地震反应分析结果也只有0.4s，此种结果将对抗震设计带来很大影响。硬夹层（算例e）没有软弱夹层对计算结果影响大，说明现在的土层地震反应分析中的等效线性化对土体的非线性效应处理有不准确的地方，此结论在相关文献中也有表述（薄景山；刘德东）。刘德东等认为现行土层反应分析程序中的等效线性化对土层存在软弱层时的非线性化有放大现象，但此计算结果也从另一个方面说明场地存在软弱夹层时是个不利因素，抗震设计时如仅参考规范有时并不能满足要求。算例f说明如果场地土层等效剪切波速介于150m/s~250m/s之间且覆盖层小于50m时，简单按规范判定为Ⅱ类场地并不能完全反映实际情况，因为算例f的结果特征周期已是Ⅲ类场地的特征周期。算例g则反映出基岩输入剪切波速度值对土层反应分析结果有较大影响，在今后的工作中要重视波速测试的准确性。而单纯的覆盖层和基岩层土的类别对土层反应影响不大（算例b、c）。
2 结论
通过以上讨论，我们得知在建筑场地的土层反应分析中，覆盖层土层岩性、结构突变（夹层）以及输入剪切波值对土层地震反应都有影响。其中软弱夹层对地震反应分析的峰值加速度值和特征周期值都有显著影响，同时也反映出场地存在软弱夹层时对工程是个不利因素；基岩层输入剪切波速度值对土层地震反应分析有较大影响；而硬夹层、单纯的覆盖层和基岩层土的类别对土层反应分析影响不大。提出一个问题就是目前的土层等效线性化计算程序本身对某些特殊岩性结构的准确性值得进一步讨论。
参考文献
[1]刘德东，齐文浩.现行土层地震反应分析存在的问题[J].防灾科技学院学报，2009(3).
[2]卢寿德主编.地震安全性评价宣贯教材[M].北京：中国标准出版社，2006.
[3]胡聿贤主编.地震安全性评价技术教程[M].北京：地震出版社，2003.
[4]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].
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