场地地面与基岩地震动峰值加速度对应关系.pdf

第22卷 第4期 高 原 地 震 Vol122 No14 2010年12月PLATEAU EARTHQUAKE RESEARCHDec12010 收稿日期 2010 07 09 作者简介 张宏斌 1982 男 甘肃临泽人 本科学历 2001年毕业于防灾科技学院 主要从事地震安全性评价工作 现任兰州市 工程地震评价所副所长 兰州市区场地地面与基岩地震动峰值 加速度对应关系研究 张宏斌 马 成 胡茂财 兰州市工程地震评价所 甘肃 兰州 730001 摘要 根据兰州市区黄河阶地特征及黄土层覆盖厚度 对兰州市场地划分了3个分区 选用兰州市 区156个满足场地地震反应条件的地震钻孔资料 对每个工程场地合成3组相互独立的基岩加速度输 入时程 进行土层地震反应分析 对各个工程场地地面与基岩地震动峰值加速度的对应关系进行研究 结果表明I区内的工程场地地面与基岩地震动峰值加速度比值为11120 区为11320 区为11531 平均均方根误差为01083 关键词 地震动峰值加速度 土层地震反应分析 兰州市 中图分类号 P315 9 文献标识码 A 文章编号 1005 586X 2010 04 0048 04 0 前 言 兰州市位于新构造活动强烈的青藏高原的东 北边缘 并处于龙门山地震带和祁连山地震带的 交汇区域 在大地构造位置上位于祁连山褶皱系 的次级单元中祁连山隆起带的东段 市区位于黄 河上游兰州盆地之内 东西长约31km 南北狭窄 最宽处约6 7km 兰州盆地是一个典型的新生 代断陷盆地 白垩纪早期已具雏形 至上新世基本 定型 其南北两侧分别受兴隆山断裂带北缘 马 衔山断裂带北缘与金城关断裂带控制 晚新生代 以来 在北西西向构造格架的基础上又叠加一组 北北西向的次级隆起和坳陷 自东向西分别为桑 园峡隆起 皋兰山 九州台隆起和柴家台隆起等 这些隆起将兰州黄河河谷盆地分割成几个串珠状 的次级盆地 通常称其为兰州东盆地 西盆地 它 们是以皋兰山 白塔山隆起为界 同时 这些次 一级的隆起与坳陷的交接部位 往往都有断裂存 在 由于断裂的进一步活动 又促使地貌上的反差 越来越醒目 雷坛河断裂带 寺儿沟断裂带等成 为次级盆地的边界断裂带 其中最为典型的是七 里河断陷盆地 四周均有断裂带控制 同时 黄河 河谷盆地内阶地均较发育 2 级阶地及部分 级阶地清晰可辨 阶地面较为完整 级以上阶地 大都不易辨认 它们在地貌上已经属丘陵范围 因此 兰州市区受地貌地形的影响 场地条件非常 复杂 场地抗震性能和地震动参数在不同的区域 往往有较大的变化 特别是在黄土厚度较大的高 坪地区与低阶地河谷地带有很大不同 地震引起的建筑物和工程设施倒塌破坏是导 致人员伤亡和财产损失的主要原因 只有进行科 学合理的抗震设防 使建筑物和工程设施具备适 当的抗震能力 才能有效减轻地震造成的损失 根据2001年颁布的 中国地震动参数区划图 CB18306 2001 兰州市区50年10 超越概率 地震动峰值加速度为012s 反应谱特征周期分区 属于 区 反应谱特征周期为0145s 随着经济 的发展 城市规模逐步扩大 城市建设逐步由河谷 平坦地区向地形复杂的地段扩展 在 工程场地 地震安全性评价 GB17741 2005 1 中对地震 动峰值加速度复核采取的方法是 采用地震危险 性的概率分析计算 确定50年超越概率10 的 基岩场地地震动峰值加速度 根据中硬场地地震 动参数的对应关系 确定中硬场地的地震峰值加 第4期张宏斌 等 兰州市区场地地面与基岩地震动峰值加速度对应关系研究 速度 并按分区原则进行归档 作为复核结果 然 而在 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 2 中 对 类中硬场地的划分范围是覆盖层厚度大 于等于5m 500m s Vse 250m s 或覆盖层厚度 大于3m小于50m 250m s Vse 140m s 等效 剪切波速大于500m s则可作为基岩考虑 在 这样大跨度的划分条件下 对兰州市区场地只按 照一种对应关系来确定地面地震动峰值加速度是 不能满足需要的 3 4 因此 分析研究兰州市区 场地覆盖层厚度和地形条件对地震动放大效应影 响 确定工程场地地面与基岩地震动峰值加速度 的对应关系 对提高兰州市区地震安全性评价工 作和震害预测水平都有积极的意义 1 场地划分 本次研究的钻孔资料主要收集2001 2010 年期间在兰州市区内所从事的工程场地地震安全 性评价工作的资料 选出满足场地地震反应条件 的135个地震钻孔 另外 收集了其他资料并实地 勘测了21个地震钻孔 钻孔深度都到达基岩或剪 切波速不小于500m s的土层 根据兰州市区的 地形地貌及阶地分布特征 将兰州市区分为不同 覆盖层厚度的三类区域 见表 1 其中 类区 51个场地 类区72个 类区33个 各工程场 地的位置分布见图1 表1 兰州市区场地分区 分区阶地范围 平均覆盖层厚度 Vs 500m s 场地个数 区河漫滩716m51 区 阶地1812m72 区 V阶地4615m33 图1 兰州市场地分区 2 分析计算 利用这些实际的地震钻孔资料 进行工程场 地地面与基岩地震动峰值加速度的对应关系研 究 在地震危险性分析时 地震动水平峰值加速 度衰减关系采用了编制 中国地震动参数区划 图 GB18306 2001 时所使用的中国西部地区 衰减关系 长 轴 lnaRa 51912025 11836588M 2184658ln R Ra 31400e 01451M 短 轴 lnaRb 21509012 11360759M 1179151ln R Rb 11046e 01451M 其中 RRa RRb分别为长轴和短轴的震中距 M 为震级 衰减关系的标准差为01546 土层反应 分析时 采用一维分析模型 用等效线性法进行土 层地震反应分析 所需要的土层的剪切波速度和 密度值由所选择剖面的实测资料给出 基岩的加 速度输入时程采用人工随机合成的方法 合成的 目标为各个不同场地的概率危险性分析给出的峰 值和反应谱 反应谱的周期控制点数不少于50 个 控制点谱的相对误差小于5 由于土层地震反应分析所计算出来的地面加 速度峰值具有较大的离散性 为了能得到较为合 理的地面加速度峰值 对每一个工程场地按50年 超越概率10 的地震危险性水平合成3组相互 独立的基岩加速度输入时程 进行土层地震反应 分析 取其平均值作为计算结果 表2 图2 图 4 94 高 原 地 震第22卷 表2 兰州市区场地三类分区内的主要地震动参数 分区平均特征周期 s 平均最大峰值加速度 gal 平均有效峰值加速度 gal 区01402021019611 区01452311421913 区01552601123817 图2 区内场点的场地加速度反应谱曲线 a 和地面与基岩地震动峰值加速度的关系 b 图3 区内场点的场地加速度反应谱曲线 a 和地面与基岩地震动峰值加速度的关系 b 图4 区内场点的场地加速度反应谱曲线 a 和地面与基岩地震动峰值加速度的关系 b 图2a 图4a为各分区的场地反应谱的叠加 图 每个场地计算了3条反应谱 从反应谱叠加 图上标定出 类区 类区及 类区的平均特征 周期分别为0140s 0145s及0155s 用反应谱统 05 第4期张宏斌 等 兰州市区场地地面与基岩地震动峰值加速度对应关系研究 计平均有效峰值加速度时采用了EPA Sa 011 015 215 Sa 0 11 01 5 为阻尼比 取0105下的 反应谱在011 015s内的加速度反应谱平均值 图2b 图4b分别为I类区 类区及 类区 的工程场地地面与基岩地震动峰值加速度的关系 分布图 其详细情况见表3 表3 兰州市区场地与基岩地震动峰值加速度的对应关系 场地个数对应关系比值范围均方根误差 区511112011028 1127101047 区721132011134 1170301082 区331153111296 1192101121 3 结 论 在兰州市选出了156个满足场地地震反应土 条件的地震钻孔资料 对每个场地合成3组相互 独立的基岩加速度输入时程 进行土层地震反应 分析 取其平均值作为计算结果 对工程场地地面 与基岩地震动峰值加速度的对应关系进行研究 结果表明不同覆盖层厚度的场地与基岩地震动峰 值加速度的对应关系也不同 本文所划分的 类 区的工程场地地面与基岩地震动峰值加速度的比 值为11120 特征周期0140s 类区比 值为 11320 特征周期0145s 类区比值为11531 特 征周期0155s 这一对应关系在地震动峰值加速 度复核工作中有一定的参考价值和应用意义 本文所引用的资料和研究方法存在的不足主 要表现在 钻孔资料分布不均匀 分析计算只采用 一维场地模型 对分区边缘起伏较大的区域没有 深入研究 将在后续的研究中加以补充 参考文献 1 国家质量监督检验检疫局 中国国家标准化管理委 员会 1工程场地地震安全性评价 GB17741 2005 S 1北京 中国标准出版社 2005 16 171 2 中华人民共和国建设部 国家质量监督检验检疫 局 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 S 1北 京 中国建筑工业出版社 2001 7 81 3 孙崇绍 1对兰州市高坪不利场地地震动参数调整 方案的研究 J 1岩土工程师 2005 17 1 17 30 4 姜维强 土层地震反应分析的地面加速度峰值计算 研究 J 1防灾减灾工程学报 2005 25 3 283 2871 STUDY ON THE RELATI ONSHIP OF GROUND MOTI ON PEAK ACCELERATI ON BET WEEN GROUND AND BEDROCK INLANZHOU ZHANG Hongbin MA Cheng HUMaoca i Lanzhou Engineering Seism ic Estim ation Institute Lanzhou730001 China Abstract According to the characteristics of the Yellow River terrace and the thickness of cover soil layer in Lanzhou City we divide the field into three areas1We choose 156 borehole data in Lanzhou Citywhich meet the seismic response conditions1For each project site we synthesize 3 groupsof independent bedrock acceler2 ation input time history1We analyze the seismic response of soil layers and study the corresponding relation2 ship of ground motion peak acceleration bet ween ground and bedrock1The results show that the peak ground acceleratio