滁州地区覆盖层厚度对场地地震动参数的影响

梁久亮，曹均锋，王立会，冯伟栋

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

滁州地区覆盖层厚度对场地地震动参数的影响

梁久亮，曹均锋，王立会，冯伟栋

(安徽省地震局，安徽合肥 230031)

以滁州地区近百个钻孔资料为原型建立土层模型，采用一维频域等效线性化波动方法进行了土层地震反应分析，重点分析了覆盖层厚度对场地地震动参数的影响。研究结果表明，随着覆盖层厚度的增加，地表峰值加速度及土层放大系数逐渐增大，当覆盖层厚度超过一定值时，地表峰值加速度及土层放大系数呈逐渐缓慢减小的趋势；而反应谱特征周期总体上随着覆盖层厚度的增加而逐渐增大。

覆盖层厚度；峰值加速度；特征周期

0 引言

历次震害表明，局部场地条件对基岩地震动有很强的放大或缩小作用，直接影响到震害程度，主要表现为:软弱场地上的震害较坚硬场地上重；软土场地上的长自振周期建筑震害较重；而坚硬场地上的短自振周期建筑震害较重。为此，局部场地条件对场地地震动影响受到了国内外学者的广泛关注[1]。作为评价局部场地条件的重要指标，场地覆盖层厚度对场地地震动影响程度也成为了一个重要的研究方向[2]。

本次在前人研究的基础上，结合滁州地区的近百个钻孔资料建立土层模型，运用一维频域等效线性化波动方法重点研究了覆盖层厚度对基岩地震动放大效应、峰值加速度、反应谱特征周期的影响[3]。本文的研究成果对科学、合理地确定滁州地区及同类地区不同覆盖层厚度场地的地震动参数具有参考价值。

1 计算模型和基岩输入地震动的确定

目前，场地覆盖层厚度一般取地面至基岩顶面的距离，《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中规定也可取地面至剪切波速大于500 m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500 m/s的土层顶面的距离。本次收集了滁州地震小区划93个钻孔资料进行分析[4]，这些钻孔地貌上属于清流河漫滩、阶地、丘陵波状起伏地带，主要分布填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、砾石、中粗砂、含砾粉质粘土、含砾粘土及白垩纪泥质粉砂岩、泥岩、砂岩及侏罗纪的闪长岩等地层，各钻孔的覆盖层厚度变化范围约为4.8～31.8m(表1)，以Ⅱ类场地为主。各钻孔的剪切波速、密度、土动力非线性参数均取现场实测值。

表1 覆盖层厚度样本统计表Tab.1 The sam p le statistical table of thickness of covering layer

基岩输入地震动采用人工合成的地震动，基岩加速度反应谱采用该地的地震危险性分析的结

果。在50年超越概率分别为63%、10%和2%条件下，工程场地基岩水平峰值加速度分别为18.7 gal、55.6 gal和100 gal。基岩峰值加速度反应谱曲线如图1所示。采用三角级数法对每一种概率水准合成3条时程曲线(图2～图4)，时程离散步长0.02 s，离散点数2048个，在0.04～6.0 s内选取拟合目标谱的周期控制点55个，拟合谱与目标谱的相对误差小于5%。

图1 50年不同超越概率水平的场地基岩峰值加速度反应谱曲线Fig.1 Site bedrock peak acceleration response spectrum curve of various exceeding probability levelswithin 50 years

图2 50年63%条件下三组人工合成基岩加速度时程Fig.2 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the cond ition of sixty-three percent exceeding probability w ithin 50 years

图3 50年10%条件下三组人工合成基岩加速度时程Fig.3 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the condition of ten percent exceeding probability w ithin 50 years

图4 50年2%条件下三组人工合成基岩加速度时程Fig.4 Three groups of synthetic bedrock acceleration time-history curve under the condition of tw o percent exceeding probability within 50 years

2 覆盖层厚度对场地地震动参数的影响

本次基于一维频域等效线性化波动方法[5]，

选取上述93个钻孔资料建立土层模型，输入50年超越概率63%、10%和2%条件下的基岩地震动时程，共837个工况进行土层地震反应分析，按照不同的覆盖层厚度对计算结果进行统计分析，

重点讨论了覆盖层厚度对地表峰值加速度、土层对基岩的放大系数及加速度反应谱特征周期的影响[6-10]。

2.1 覆盖层厚度H对地表峰值加速度Amax的影响

50年超越概率63%、10%和2%基岩地震动输入下，不同覆盖层厚度场地的地表峰值加速度Amax计算结果见表2。图5为地表峰值加速度均值随覆盖层厚度的变化情况。由图中可以看出，当覆盖层厚度H＜24m时，地表峰值加速度随着覆盖层厚度的增加而逐渐增大，在21 m＜H＜24m时达到最高值，当H大于24m时，地表峰值加速度随着覆盖层厚度的增加呈逐渐缓慢减小的过程。

表2 不同覆盖层厚度的地表峰值加速度Amax(gal)Tab.2 The surface peak acceleration valuesAmax(gal)of different thickness of covering layer

图5 覆盖层厚度对地表峰值加速度的影响Fig.5 Effect of thickness of covering layer on the surface peak acceleration

2.2 覆盖层厚度H对土层放大系数K的影响

为了解覆盖层厚度对土层放大效应的影响，将不同覆盖层厚度场地的地表峰值加速度Amax与相应输入基岩地震动幅值之比得出土层放大系数k(表3)。图6为土层放大系数k随覆盖层厚度的变化情况。由图中可以看出:

表3 不同覆盖层厚度的土层放大系数KTab.3 The soil am p lification coefficien tKof differen t thickness of covering layer

图6 覆盖层厚度对土层放大系数的影响Fig.6 Effect of thickness of covering layer on the soil am plification coefficient

(a)对于给定的输入地震动，当覆盖层厚度H＜24m时，除50年2%的k值在9～15m处呈略微转折外，土层放大系数k基本上随着覆盖层厚度的增加而逐渐增大，在21 m＜H＜24m时达到最高值，当H大于24m时，土层放大系数k随着覆盖层厚度的增加呈逐渐减小。

(b)对于给定的覆盖层厚度，50年63%的土层放大系数k值最大，其次是50年10%的k值，50年2%的k值最小，表明土层放大系数k随着输入基岩地震动峰值增大呈逐渐减小的趋势。

(c)当覆盖层厚度H＜24m时，不同基岩峰值的放大系数k之间的差异随着覆盖层厚度H的

增加逐渐减小，在21 m＜H＜24m时达到最小值，当H大于24m时，不同超越概率的放大系数k值之间的差异随H的增加而增大；最为明显的是在21 m＜H＜27m处，50年10%与50年2%的k值基本一致。

(d)对于滁州地区或安徽省内覆盖层在40m以内的6度区(地震动峰值加速度0.05g)的Ⅱ类场地，50年63%的土层放大系数 k可取值为1.30～1.65，50年 10%的 k可取值为 1.25～1.55，50年2%的k可取值为1.20～1.50，并应注意同一场地的不同超越概率的k值之间的协调性。

2.3 覆盖层厚度H对反应谱特征周期Tg的影响

不同超越概率的基岩地震动输入下，各覆盖层厚度场地的地表加速度反应谱特征周期Tg的计算结果见表4。本次反应谱的特征周期Tg取反应谱平台值Amaxβm与反应谱曲线的右相交点的横坐标周期值，根据《中国地震动参数区划图》宣贯教材中的相关统计结果，本次反应谱的放大系数βm统一取2.5[11]。

图7为加速度反应谱特征周期Tg均值随覆盖层厚度的变化情况。由图中可以看出:

表4 不同覆盖层厚度的反应谱特征周期Tg(s)Tab.4 The characteristic periods of response spectraTg(s)of different thickness of covering layer

图7 覆盖层厚度对反应谱特征周期的影响Fig.7 Effect of thickness of covering layer on the characteristic periods of response spectra

(1)对于给定的输入地震动，覆盖层厚度H对地表加速度反应谱的形状有较大影响，当覆盖层厚度H增加时，反应谱的长周期部分右移，长周期部分谱值普遍增大，因此反应谱特征周期Tg总体上随着H的增加而逐渐增大，仅在24 m＜H＜27m时出现少许转折。

(2)对于跟定的覆盖层厚度H，50年2%的Tg值最大，其次是50年10%的Tg值，50年2%的Tg值最小，表明反应谱特征周期Tg随着输入基岩地震动峰值的增加而增大。

(3)对于滁州地区或安徽省内覆盖层在40m以内的6度区(地震动峰值加速度0.05 g)的Ⅱ类场地，50年63%的反应谱特征周期Tg可取值为0.30 s～0.55 s，50年10%的 Tg可取值为0.35 s～0.60 s，50年2%的Tg可取值为0.45 s～0.70 s，并应注意同一场地的不同超越概率的Tg值之间的协调性。

3 结论

本次基于滁州地区的93个钻孔资料建立土层模型，进行土层地震反应分析计算，重点分析了覆盖层厚度对场地地震动参数的影响。研究结果表明:

(1)当覆盖层厚度H较小时，地表峰值加速度Amax及土层放大系数k随着H的增加而逐渐增大，当超过20－30m的某一厚度时，Amax及k值随着H的增加呈逐渐缓慢减小的过程。

(2)对于给定的输入地震动，反应谱特征周期Tg总体上随着覆盖层厚度H的增加而逐渐增大。

(3)对于给定的覆盖层厚度H，土层放大系数k随着输入基岩地震动峰值增大呈逐渐减小的趋势，但反应谱特征周期Tg总体上随着基岩地震动峰值的增加而逐渐增大。

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[2] 梁久亮，李光，孟凡月，等.高密度电法在安徽工程场地探测中的应用[J].防灾科技学院学报，2008，10(1)30－33.

[3] 石玉成，王兰民，张颖.黄土场地覆盖层厚度和地形条件对地震动放大效应的影响[J].西北地震学报，1999，21(2):203－208.

[4] 廖振鹏，李小军.地表土层地震反应的等效线性化解法，地震小区化(理论与实践)[M].北京:地震出版社，1989，141－153.

[5] 安徽省地震工程研究院.滁州市地震小区划项目研究报告[R].2012，180－227.

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[8] 冯希杰，金学申.场地土对基岩峰值加速度放大效应分析[J].工程地质学报，2001，9(4):385－388. [9] 曹均锋，童远林，李光，等.软弱土层对场地地震动峰值的影响[J].地震研究，2013，02:192－197.

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[11] 胡聿贤，高盂潭，杜玮，等.《中国地震动参数区划图》宣贯教材[M].北京:中国标准出版社，2001.

Effect of Thickness of Covering Layer on the Seism ic Ground M otion Param eters of Site in Chuzhou Region

Liang Jiuliang，Cao Junfeng，Wang Lihui，FengWeidong
(Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei230031，China)

Based on the data of nearly one hundred boreholes in Chuzhou Region，soil layermodels are generated. Soil seismic response is analyzed by using one dimensional frequency domain equivalent linearization wavemethod，it is analyzed emphatically that thickness of covering layer influences the ground motion parameters.The research results show that surface peak acceleration and soil amplification coefficient are increased gradually with the increase of thickness of covering layer，when the thickness of covering layer is more than critical value，surface peak acceleration and soil amplification coefficient present a trend of gradual slow decrease.However，the characteristic period of response spectra are increased generally alongwith the increase of thickness of covering layer.

thickness of covering layer；the peak acceleration；characteristic period

P

:A

:1673－8047(2015)01－0040－07

2015－01－07

安徽省地震科研青年基金项目(20120707、20140301)

梁久亮(1957—)男，专科，高级工程师，从事工程勘探及工程地震研究。