地震烈度计算

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第!"卷第#期西安工程学院学报 $%&’!"(%’# !))#年"月 *+,-(./+0123.(4(52(44-2(5,(2$4-6278 9:;’ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !))# 工程场地地震动参数的确定黄强兵#，彭建兵#，范文! （#’长安大学地质工程与测绘工程学院，陕西西安<#))=>；!’西安交通大学建筑与力学学院，陕西西安<#))>?）［摘要］以咸阳某工程场地为例，首先阐述了场地的地震地质条件，然后在场地地震危险性概率分析的基础上，对场地土层进行一维地震反应分析计算，确定了该工程场地地震动参数，为抗震设计提供了依据。［关键词］地震危险性；地震动参数；反应谱；抗震设计［中图分类号］ @A>! ［文献标识码］ . ［文章编号］#))B)= ［作者简介］黄强兵（#?=’AE，北纬">D!)’"E，属中国地震烈度区划（#??)）!度区。拟建的工程场地主楼高!>"!A层，框架结构，一层地下室，基础埋深BA’)F，基底面积为!=FG!=F。 # 场地工程地震地质条件 !"! 场地地形、地貌、岩土类型及地下水该工程场地地形平坦，地面标高在"CC’ 规范综合判定：拟建工程场地为非自重湿陷性场地，其湿陷等级为%（轻微）级。［收稿日期］!))) )C )! !"$ 场地土动力性能土层在大应变条件下的动剪切模量# 与阻尼比!由室内动三轴实验测定，根据实验结果，其关系可用!／!F:IJ［（#B#）／#F:I］F 经验式近似描述，经整理得几种不同土性、不同深度的场地土层的动剪切模量比#／#F:I、阻尼比!与剪切应变"的变化关系，详见表#。 ! 场地地震危险性概率分析 #"! 潜在震源区划分根据发震构造和历史地震的分布规律，并依据地震烈度区划报告中的地震危险性区划，将该地区的潜在震源进行了划分如表!所示。 #"# 震源参数的确定为了充分考虑地震资料的可靠性和完整性以及各个地震带有不同的自身地震活动规律，对于不同的地震带选取了不同的可信时段和可信震级，所以我们对震源所涉及到的两条地震带，分别进行了统计，又因为>级以下地震工程意义不大，故下限震级取为$)J>’)，上限震级$K是根据《地震烈度区划报告》以及统计资料确定的，其结果见表"。其中%值是描述大小地震分布关系的重要参数，&>’) 为该地震带大于或等于>’)级地震的年平均发生率。万方数据表! 几类有代表性的土动力学试验结果土类参数剪切应变／!"#$ "%"& "%! "%& ! & !" &" !"" 黄土状土 ! ／!’() "%**& "%**! "%*+$ "%*," "%-*. "%&/& "%!+. "%!"/ ! "%""- "%""* "%",$ "%"/. "%"++ "%!!- "%!-- "%!.. 粉质粘土 ! ／!’() "%**- "%**/ "%*-. "%*/- "%.$+ "%&*. "%,,+ "%!,* ! "%""/ "%""& "%"!. "%",. "%"./ "%!", "%!-/ "%!.+ 中砂 ! ／!’() "%**. "%**& "%*.+ "%*&- "%+!$ "%-+- "%/"$ "%!.* ! "%""/ "%""& "%"!$ "%",, "%"&. "%"+" "%!/- "%!&, 粗砂 ! ／!’() ""**+ ""**& ""*.- ""*&$ ""+"+ ""-.+ "",*- ""!.$ ! """"/ """"& """!$ """,, """&. """.* ""!/, ""!$- 粉土 0 ／0#$% ""**. ""**& ""*.. ""*&- ""+!/ ""-+& ""/"/ ""!.+ ! """,! """/. """&& """.* ""!,+ ""!-. "",," "",+/ 表" 潜在震源分布表地震带名称潜在震源序号与震源名称汾渭地震带 !咸阳潜在震源区 ,西安#临潼潜在震源区 /蓝田潜在震源区 $渭南潜在震源区 &华县潜在震源区 -大荔#朝邑潜在震源区 .灵宝潜在震源区 +蒲城潜在震源区 *韩城潜在震源区西海固、天水地震带 !"岐山#周至潜在震源区 !!陇县#千阳潜在震源区 !,天水潜在震源区表# 地震活动性参数统计表地震带名称时间／( 地震活动性参数 & ’$"" (1 (" 山西#渭河地震带 !$"""!**& "%-+!%-," +%& $%" 西海固、天水地震带 !/"+"!**& "%&",%-*$ +%& $%" "$# 衰减规律的选取地震动参数随距离的衰减一般与断层类型、破裂大小、地震波传播途径和场地条件等因素有关。目前均将其表示为震级、震中距和场地条件（该工程属规范#类场地）的函数。 ,2/2! 烈度衰减规律该工程场地的烈度衰减关系是参照第三代烈度区划编图所提供的方法，利用本地区及邻区地震烈度资料，统计拟合得到，等震线其形式为一椭圆，其长、短轴衰减关系分别为：长轴 )$3$"!.!"4!"/*""(# !"&//"56（*4,"）"3"%-&/ 短轴 )&3,"$$/-4!",-!$(# !""&/*56（*4&）"3"%-!+ 式中*表示震中距；( 表示震级；"为方差（以下同）；)$和)&分别为长轴和短轴的烈度。 ,2/2, 加速度衰减规律本地无强震记录。参照国内各地的作法，利用美国西部的烈度资料和基岩地震动参数，由烈度震级法换算得到本地区及邻近地区的基岩峰值加速度的衰减关系为：长轴 56+$3-""+"&4""&$/+(# !"!*,$56（*4,"）"3"%$&" 短轴 56+&3$".+-+4""&!.&(# !"".,.56（*4&）"3"%&," "$% 地震危险性概率分析地震危险性分析采用我国新地震区划编图提出的椭圆模型，利用前面给出的潜在震源地震活动性参数、衰减关系等进行分析得出。 ,2$2! 地震烈度和基岩地震动峰值加速度采用上述原理和方法以及各潜在震源区的地震活动性参数，由衰减关系，对工程场地进行了地震危险分析计算。计算结果列于表$和表&。未来&" 年超越概率!"7的峰值加速度!-&%.8’／9,，超越概率-/7和,7的基岩峰值加速度分别为-*%& 8’／9,和,&-%/8’／9,。 ,2$2, 场地基岩地震相关反应谱（简称基岩反应谱）采用地震动参数的衰减关系，对各周期相关进行了概率危险性分析，得到了不同概率水平下的一致基岩谱，表-给出了场地未来&"年超越概率 -/7（小震）、!"7（基本烈度）、,7（大震）基岩反应谱。从地震危险性结果分析看出，对工程场地影响最大的潜在震源区是西安临潼震源区、华县震源区和咸阳震源区。 &&!期黄强兵等：工程场地地震动参数的确定万方数据表! 工程场地地震烈度年超越概率（"#$%）震源地震烈度值! !"# $"# %"# %"$ &"# &"$ ’"# ’"$ ("# )咸阳 %#"#) *)")$ $"+) *"!) #"($ #"+# #"#! *西安临潼 *&"*% )#"#) !"!) +"#( )"(( )")% #"+( #"#+ +蓝田 %"## *")* #"(% #"!( #"#& !渭南 &"%% +"!* )"(% )")) #"%$ #")! $华县 ’"+& $"*$ +"+# *")( )"!# #"&! #"*$ #"#+ %大荔朝邑 ’"+! *"&* #"&! #")% #"#) &灵宝 &"&# )"%’ #"*$ ’蒲城 ))"+) *"’) #"*& #"#) (韩城 &"(& *"(# #"!& )#周至岐山 *("($ ))"%# !"!& )"’% #"*# ))陇县千阳 )#"’* +"+% #")# )*天水 *%"&* ("&$ )"$+ #"+# 给定的危险水平 !#"# )("& )#"# ’"## !"## *"## )"## #"!# #"*# 相应的振幅值 %"* %"& &") &"* &"% &"( ’"* ’"% ’"’ 表& 工程场地基岩峰值加速度年超越概率（"#$%）震源基岩水平峰值加速度／（,-·./*） *$ $# &$ )## )$# *## !## %## ’## )咸阳 $("& )( !"(* )"%* #"*+ #"#) *西安临潼 *$"% %"+& *"’% )"!* #"+# #"#! +蓝田 *"+( #"+’ !渭南 !"#! )")’ #"*! $华县 !"+* )"*$ #"+) #"#! %大荔朝邑 )"’% #")) &灵宝 )"#% ’蒲城 ’"%’ #"$$ #"#) (韩城 )"!’ )#周至岐山 )&"$ *"%$ #"*& ))陇县千阳 #"*$ )*天水 +"%# #"#$ 给定的危险水平 !# )("& )#"# !"## *"## )"## #"’# #"!# #"*# 相应的振幅值 $#") %("$ ($"# )+*"$ )%$"& *#*"( *)!"’ *$%"+ +#)"+ + 场地地震动参数工程场地有很厚的覆盖层，其场地地表的地震反应与土层的空间分布特征、土动力学性质及输入地震动等密切相关。依据前述给出的不同超越概率水平的基岩加速度峰值和基岩地震相关反应谱，拟合场地基岩地震动时程，建立地震反应模型，计算分析土层的非线性地震反应，确定该工程场地的地震动参数。 %’" 输入地震动参数的确定输入地震动参数，即为场地基岩地震动参数，把前面给出的场地基岩地震相关反应谱（见表%）作为地震动的目标谱输入，采用拟合基岩反应谱的三角级数迭加法合成场地基岩地震动。 %’( 场地地震反应计算与场地地震相关反应谱该场地以+!孔的测试、实验结果为基础建立了一个一维土层地震反应柱模型，在假想基岩面（/&% -）输入概率水平为%+0、)#0和*0三组（每组三个）基岩地震动时程分别进行地震反应分析。由于基础埋深在/%"#-处，因此，给出此深度的峰值加速度。计算结果得到： +1*1) 场地地震相关反应谱图)中2、3、,分别是+!孔/%-处不同概率水平下的地震加速度相关反应谱曲线。 +1*1* 场地加速度时程图*"!分别是+!孔/%-处三个不同概率水平的场地加速度时程（因篇幅有限，这里仅给出每种 %$ 西安工程学院学报 *+卷万方数据表! 未来"#年不同超越概率的基岩反应谱周期!／! 反应谱值! "#$ %&$ ’$ &(&) %(#*+" %()"’% %(),%% &(%& %(,+%) ’(%’%& ’(+*#& &(’& ’(’&++ ’(,*"’ #()"## &(#& %(+"#+ ’(+#’& #(’%%+ &(+& %(%##’ ’(’,-" #(#-’* &()& %(&-,& ’(&&’% ’(-&%’ &("& &(,’#+ %("’)% ’(+#%& &(*& &(*%"& %(+##’ ’(%&%# &(,& &("’#+ %(#"), ’(&-") &(-& &()’-* %(’"%& ’(&#,% %(&& &(++’) %(&’## %(-%)) ’(&& &(’,%& &()%’% &(*,-- #(&& &(’+-& &(#’%# &(+"%) +(&& &(%--& &(’#’" &(’-)- 概率水平下三条加速度时程中的一条）。 $%$ 场地地震动参数的确定场地地震动参数包括地面地震动峰值和场地地震相关反应谱，现根据以上地震反应分析结果来确定本工程场地的地震动参数。 #.#.% 地震动峰值加速度对于"#$、%&$和’$的三种概率水平下，场地基础埋深处（/"(&0）的地震动峰值加速度和综合评价结果列于表*。 #.#.’ 场地地震综合反应谱对于"#$、%&$和’$的三种不同概率水平下，场地基础埋深处（/"(&0）的场地相关反应谱已在表"中给出。对一个孔每种概率水平的反应谱曲线进行统计平均，得到场地综合反应谱，如图)示。同图& 场地地震相关反应谱图’ (!)处加速度时程（!$*）图$ (!)处加速度时程（&#*）图+ (!)处加速度时程（’*）表, 场地地面地震动峰值加速度!)-. 深度／0 #号孔概率水平 "#$ %&$ ’$ /"(& -&(& %*)(# #%+(& "*(* %-’(& #%,(’ ,%(* ’&#(+ #%"(" 综合评价 *-(, %-&(’ #%"(’ 时在反应谱拐角周期前的高值段、舍掉个别异常点表/ 综合反应谱特征周期概率水平 !012 !" "#$ ’(%& &(#, %&$ ’(#, &(+% ’$ ’("& &(), 后按加权平均的方法求得场地动力放大系数最大值!012和反应谱的拐角周期，即特征周期!" （表,）。 #.#.# 地震影响系数曲线利用表*和表,，按照《345%%/,-抗震设计规范》中的有关规定，可得工程场地标准反应谱曲线： "（!）# "&$ "012%"& &&% ! &!!"&&% "012 &&%!!"!" "’()（!"! ）&&- !"!!"!* "* !*!!"+& # $ % & （%） *)%期黄强兵等：工程场地地震动参数的确定万方数据图! 场地地震综合反应谱其中有关参数的评判结果列于表!中。表" 地震影响参数曲线特征参数特征参数概率水平 "#$ %&$ ’$ !()* &+%", &+-.# &+,’’ !& &+&/’ &+%,% &+#%’ !0 &+#, &+-% &+., !1 &+&#- &+&!% &+%"- " &+! &+! &+! !1 ’+’- ’+-- #+-, - 结论（%）地震危险性分析结果表明，所在的工程场地.&年超越概率%&$的地震裂度为!度，与咸阳的基本裂度相一致，故该工程场地主楼按!度抗震设防；对工程场地影响最大的潜在震源区是西安临潼震源区，其次是华县和咸阳震源区。（’）工程地震勘察资料表明，该场地的覆盖层厚度约为/"(，以此进行场地地震反应，得到.&年超越概率"#$、%&$、’$三个概率水平的!条地面以下2"(地震动时程，其峰值加速度分别为&+&,& (／3’、&+%!&(／3’、&+#%"(／3’。（#）根据场地地震反应分析，地震影响系数曲线 !（!）：如公式（%）所示，有关参数值见表!。建筑结构的地震影响系数可根据结构的自振周期来采用。［参考文献］［%］胡聿贤+地震工程学［4］+北京：地震出版社，%!,,+ ［’］胡聿贤+地震安全性评价技术教程［4］+北京：地震出版社， %!!!+ ［#］刘惠珊，张再明+地震区的场地与地基基础［4］+北京：中国建筑工业出版社，%!!-+ ［-］郭继武+建筑抗震设计［4］+北京：高等教育出版社，%!!"+ ［.］ 56%//-%7%!!!+工程场地地震安全性评价技术规范［8］+北京：中国标准出版社，%!!!+ #$%&%#%’()*+#),*,-%+’#$./+0%1’,/*& (,#),*2+’+(%#%’,-%*1)*%%’)*13)#% 9:;<5=>)?07@>?0%，AB<5C>)?7@>?%，D;?F?0>?FFG>?03>HF>?I>)?J)?0>3H)KF?)3)?F*)(LMF>?HN>3L)LFG+D>G3HMJ，3F>3(>10FOMO0J1O?P>H>O?OQHNFF?7 0>?FFG>?03>HF>3F*LOR?PFP，3F1O?PMJ，O?HNF@)3>3OQ)?)MJ3>3OQ3F>3(>1N)S)GPOQHNFF?0>?FFG>?03>HF，O?F7P>(F?3>O?F)GHNTR)KF GF3LO?3FOQ3O>MM)JFG>3)?)MJ3FP)?P1O(LRHFP，)?PQ>?)MMJL)G)(FHFGOQF)GHNTR)KF0GOR?P(OH>O?OQHNFF?0>?FFG>?03>HF>3PFHFG7 (>?FPQOGF)GHNTR)KF7GF3>3H)?HPF3>0?)3)LGOOQ+ 0:;<=7>5：3F>3(>1N)S)GP；L)G)(FHFGOQF)GHNTR)KF0GOR?P(OH>O?；GF3LO?3F3LF1HG)；F)GHNTR)KF7GF3>3H)?HPF3>0? ,. 西安工程学院学报 ’#卷万方数据

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