近断层脉冲型地震动的长周期效应

李春锋

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陕西省地震局，西安 710068

近断层脉冲型地震动的长周期效应

李春锋1，2）

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陕西省地震局，西安 710068

近断层地区是地震破坏最严重的地区，而脉冲型地震动是近断层地震动独有的特征。速度脉冲可能对近断层的长周期结构有巨大的潜在破坏能力。基于这种情况，本文选择了近断层脉冲型地震动的长周期地震动效应作为研究对象，希望给近断层长周期结构的抗震设防带来启示。

（1）用典型的脉冲型地震动的实例及我国近年来部分近断层（或近震中）的强震记录进行近断层脉冲型地震动长周期特性的分析。分析表明，方向性效应及永久位移效应所产生的脉冲型地震动，在垂直于断层走向（FN）及平行于断层走向（FP）的方向上表现出明显不同的特性（即极化现象）。FN分量上出现脉冲的几率更高、脉冲更显著；FN分量上的地震动峰值普遍比FP分量上的高；FN分量上的长周期地震动反应谱的谱值普遍比FP分量的高。值得注意的是，有的强震记录的速度脉冲明显，有的却以隐含脉冲的形式出现。

（2）由于Mavroeidis近断层速度脉冲模型能很好地反映近断层地震动的特征，因此，本文用Mavroeidis近断层脉冲型地震动模型模拟了速度脉冲周期不同的脉冲型地震动时程（峰值速度相同，速度脉冲的周期不同），进行单自由度体脉冲型地震动长周期弹性及弹塑性地震反应分析，重点研究速度脉冲的周期对单自由度体长周期地震反应的影响。经研究发现，速度脉冲的周期对单自由度体的长周期地震动弹性及弹塑性反应有很大的影响。在弹性反应中，速度脉冲周期越大，短周期的地震反应越小，长周期的地震反应越大。在弹塑性反应中，脉冲周期对加速度反应谱及位移反应谱的影响和弹性反应的情况类似：随着脉冲周期的增大，长周期加速度和位移反应谱的谱值升高。随着脉冲周期的增大，速度反应谱的突起向右移动，但谱值的变化规律不强。另外，随着延性系数增加，加速度反应谱的长周期谱值减小，位移谱的长周期谱值升高，速度谱的长周期部分变化的规律性不强。

（3）用两条实际的脉冲型地震动（9·21台湾集集地震的TCU068台EW向及TCU075台EW向主震记录）的弹性反应谱作为目标谱，分别合成两条加速度时程。选择两条时程是为了避免选择样品时的随机性。合成时程中没有速度脉冲信息，但它们和实际的脉冲型地震动有相同的峰值加速度及弹性反应谱。经研究发现，原始的脉冲型地震动和合成地震动在单自由体长周期弹塑性地震反应中表现出完全不同的特性。随着延性系数的增加，相比之下，脉冲型地震动的长周期地震反应更强烈。我们认为这种不同可能是由速度脉冲造成的。

（4）我们用集中质量的显式有限元内点计算方法及人工边界节点计算方法来模拟二维复杂场地对上述9·21台湾集集地震的TCU068台EW向及TCU075台EW向主震记录的原始记录和合成记录的场地地震反应。结果表明，在短周期及中周期部分，复杂场地对原始记录和合成记录的响应有一定的差别，有时差别很大。在长周期部分，复杂场地对原始记录和合成的响应相差不大。这表明，速度脉冲在复杂场地的长周期地震反应中似乎没有起到特殊的显著作用。

同时，我们还把用Mavroeidis近断层脉冲型地震动模型模拟的具有不同速度脉冲周期的脉冲型地震动时程作为输入，进行二维场地的地震反应，同上述原始的脉冲型地震动场地反应结果一起进行近断层脉冲型地震动长周期地震动盆地边缘效应的分析。结果表明，近断层脉冲型地震动的长周期地震动的盆地边缘效应明显。但值得注意的是，速度脉冲周期不同时，脉冲型地震动的盆地边缘效应差别很大。盆地的尺寸及脉冲周期的大小可能都对长周期地震动的盆地边缘效应有较大的影响。

在研究近断层脉冲型地震动盆地的边缘效应时，我们还比较了脉冲型地震动以不同角度入射时观测点的地震响应。结果发现，当地震动以不同角度入射时观测点的响应有所不同，且有时差别很明显。

（5）本文还以9·21集集地震为例，对近断层的长周期地震动特性进行了研究。集集地震近断层长周期地震动的上盘效应明显，近断层的脉冲型地震动作用显著，并存在明显的极化现象。发震构造可能对同震位移的分布、上盘效应、脉冲型地震动的形成产生了很大的影响。在研究长周期地震动反应谱随距离的衰减关系时发现，近断层的脉冲型地震动可能对近断层的长周期地震动产生了重要影响。

近断层；速度脉冲；单自由度体；复杂场地；盆地边缘；长周期地震动；反应谱

（作者电子信箱，李春锋：dqslcf＠yahoo.com.cn）

P315.9；

： A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.012