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    基于HVSR谱比法研究场地反应非线性特征

    时间:2021-05-10 12:11:22 来源:星星阅读网 本文已影响 星星阅读网手机站


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    摘要:针对汶川地震近断层的众多量大面广的Ⅱ类场地,选用理县木卡台作为研究对象,采用主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比结果,研究场地反应的非线性特征。结果表明:主震、余震、地脉动的速度反应谱HVSR谱比曲线平滑,峰值突出,清楚地给出了场地的卓越频率;场地地震反应随着PGA的变化出现明显的非线性反应,随着PGA的增大,小于100 gal余震、100~200 gal余震、200~300 gal余震以及主震的记录中场地卓越频率有向低频偏移的趋势。

    关键词:傅里叶谱;速度反应谱;HVSR谱比法;场地反应;卓越频率;非线性特征

    中图分类号:P315.91 文献标志码:A 文章编号:1000-0666(2019)04-0546-09

    0 引言

    场地条件影响地震动特性,从而直接影响地震灾害的严重程度(胡聿贤等,1980,2006;李焯芬,1996;周锡元等,1990;罗桂纯,2016)。不同场地条件对地震动的影响以及地震动对建筑结构的影响不同(李小军等,2001;陈棋福等,2008;罗桂纯等,2011),从根本上来说,这种差异是由场地反应引起的。场地反应的影响,不但在纵向和横向上表现出不均匀性,在力学性质上也表现出不连续性和非线性等特征。2008年汶川8.0级地震,断层距220 km的自贡地震影响台阵,台阵中相距仅为50 m的0514Z0台(土层台)与0514Z1台(基岩台)加速度时程的幅值、傅里叶谱和加速度反应谱均存在明显的差异(卢滔等,2006;王海云,谢礼立,2010;杨宇等,2011;唐晖等,2012;王玉石等,2013,2016)。

    Hardin和Drnevich(1972)研究表明,地震动增大时,场地放大程度降低,共振频率向低频移动,表现为非线性。Seed和Idross(1982)认为当PGA地震动峰值加速度超过0.1 g时,相对于岩石场地而言,沉积层场地的PGA反而是小的。Chin和Aki(1991)和Aki(1993)通过对1989年美国Loma Prieta地震的研究发现,近场沉积层场地合成的PGA都大于观测值,他们认为场地非线性反应的结果。随着HVSR谱比法的提出和推广,该方法被广泛应用于场地特性研究。在之后1994年美国加州北岭地震(Northridge Earthquake)(Beresnev et al,1998a,b;Dimitriu,2002;Field et al,1997,1998a,b;Hartzell,1998;Su et al,1998;Trifunac,Todorovska,1996,1998),1995年的日本阪神地震(Aguirre,Irikura,1997;Pavlenko,Irikura,2002),1999年中國台湾集集地震(Bernardie et al,2006;Pavlenko,Loh,2005;Pavlenko,Wen,2008),更是验证了沉积层在强地面运动作用下发生非线性反应的可能。Dimitriu等(1999,2000)利用希腊强震动台网在17次中等地震中观测到的强震动记录,研究了HVSR谱比法评估场地非线性反应的适用性,认为受非线性反应影响,场地卓越频率与PGA,PGV存在很好的负相关,相关系数为0.7~0.8。姚鑫鑫(2017)利用HVSR谱比法,计算了汶川地震不同强余震PGA分档中场地非线性反应识别参数Rfp和DNL,分析场地发生非线性的PGA阈值。刘宇实和师黎静(2018)通过37个场地的地脉动单点三分量观测,研究了HVSR谱比的卓越频率与覆盖层厚度、等效剪切波速等场地特征参数之间的相关性。李红光和冷崴(2019)使用滇西南地区的强震动记录,研究了HVSR谱比法处理强震数据时的主要影响因素。2011年新西兰Chrischurch地震(Wen et al,2011),2011年日本Tohoku地震(Bonilla et al,2011)、2013年芦山地震(冀昆,2014)等都有利用HVSR谱比法得出场地非线性反应的证据。

    上述研究都是针对不同地震作用下场地非线性特征进行分析,还没有开展利用HVSR方法开展主震、余震和地脉动记录的系统分析。本文针对汶川地震近断层中主要的Ⅱ类场地台站,选用主震记录大于300 gal、余震次数记录最多的理县木卡台作为研究对象,采用2008年汶川地震的主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比法,研究场地反应的非线性特征。

    1 数据筛选

    1.1 台站筛选

    汶川地震发生时,国家数字强震台网有450个台站(其中包括402个固定自由场地台站、1个地形影响台阵和2个结构台阵)的强震仪被触发,获得了大量较完整的强震动加速度记录,如卢寿德和李小军(2009)获取的汶川8.0级地震未校正加速度记录(中国强震记录汇报),李小军 (2009)获取的汶川8.0级地震余震固定台站观测未校正加速度记录。其中布设在龙门山断裂带及其周围地区的50多个台站获得了大于100 gal的加速度记录。

    在四川省近断层台站中,场地土层主要是杂填土和风化岩,台站场址都选择在龙门山断裂带附近,场地类型以Ⅱ类场地为主,台站的基本情况如表1所示。有8个台站的主震PGA(UD分量)超过了300 gal,其中,记录到余震次数超过100次的台站只有茂县南新台、理县桃平台和理县木卡台。其中理县木卡台最多,达154次,5.0级以上余震多达29次。因此,本文选用理县木卡台作为研究对象。

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