场地条件对地震动峰值加速度的影响

(包头市工程地震研究所，内蒙古 包头 014010)
摘 要：文章通过43个工程场地地震安全性评价案例的统 计分析，讨论了不同场地条件对峰值加速度的影响，其结论可以为地震区划、工程结构抗震 中不同场地条件下峰值加速度的取值提供依据。
关键词：工程；场地条件；地震动峰值加速度；影响
中图分类号：TU311.3  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)03—0209—02

在中国现行的《建筑抗震设计规范》及《中国地震动参数区划图》中，虽然考虑了场地条件 的影响，给出了Ⅱ类场地条件下50年超越概率10%峰值加速度和加速度反应谱特征周期，以 及不同场地条件下反应谱特征周期的调整表，但对不同场地条件下地震动峰值加速度却未作 调整。随着对强地面运动记录以及重大工程地震安全性评价的深入研究，发现场地条件不仅 对地震反应谱特征周期有影响，而且对地震动峰值加速度的影响同样很大。为了更加详细、 深入的研究场地条件对地震动峰值加速度的影响，本文基于43个工程场地地震安全性评价报 告的结果，对不同场地条件下地震峰值加速度的变化规律进行分析，给出本地区的场地条件 与地震动峰值加速度之间的关系，以便在未来的地震区划、工程结构抗震中，可根据场地条 件同时对地震反应谱特征周期和峰值加速度进行调整。
1 基础数据及统计方法

本文选用了近些年来完成的43个重要工程场地地震安全性评价案例，根据每个案例的结果， 分别取50年超越概率63%、10%、2%水平下基岩和地面的地震动峰值加速度值，构成统计数据 集。在不同场地类别、不同超越概率(不同地震动)条件下，用地面峰值加速度比基岩峰值 加速度。这个比值反映了场地条件对地震动峰值加速度的影响。受样本的限制，本文只对为 Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类场地条件对地震动峰值加速度的影响作分析。
2 场地条件对地震动峰值加速度的影响分析

在不同场地条件、不同地震动概率水平下，地面峰值加速度与各自对应的基岩峰值加速度之 比值(放大倍数)列于表1。

根据表1可知，50年超越概率63%、10%、2%放大倍数均值分别为1.597、1.473、1.449。放 大倍数变化与地震动概率水平关系较为明显，随概率水平的减小而降低，也就是说随地震动 强度的增大而降低。因为随着峰值加速度的增大，受土的非线性变形特性影响，导致大量地 震波能量的耗散，使得地表地震动幅值降低，所以对于发生概率较小的地震动，场地放大作 用减小。

在不同场地类别条件下，放大倍数也不尽相同。Ⅰ类场地即基岩场地，所以50年超越概率63 %、10%、2%放大倍数均为1Ⅱ类场地50年超越概率63%、10%、2%放大倍数均值分别为1.516、 1.429、1.403；Ⅲ类场地50年超越概率63%、10%、2%放大倍数均值分别为1.689、1.523、1. 501。在同一场地类别条件下，放大倍数也随地震动强度增大而降低；Ⅱ、Ⅲ类场地对基岩 峰值加速度有明显的放大作用。由此可见，地震动峰值加速度应随场地类别的不同进行调整 。

3 抗震设计规范及相关研究成果
3.1 抗震设计规范中场地条件对地震动峰值加速度影响的考虑

很多国家的抗震规范不同程度的考虑了场地条件对地震动峰值加速度的影响。一些主要国家 和地区建筑抗震设计规范的Ka取值列于表2。表中Ka表示不同场地设计地震动峰值加速度与 Ⅰ类(基岩)场地值之比。

从上表可知，中国、日本、俄罗斯等国家不考虑场地条件对峰值加速度的影响；美国、德国 、加拿大等国家则考虑较软弱场地对峰值加速度具有较大的放大作用；只有法国和欧洲规范 8考虑较软弱场地对峰值加速度具有减小作用。中国现行的《建筑抗震设计规范》(2001) 虽然考虑了场地条件的影响，给出了Ⅱ类场地条件下峰值加速度,但对于其他场地类别条件 下的峰值加速度的取值则未作调整。
3.2 相关的研究成果

冯希杰等(2001)研究表明：岩石类地基、碎石类地基的放大倍数较黄土地基、粘性土地基 的放大倍数要稍大一些，同一类地基2%超越概率水平的放大倍数比10%和63%超越概率水平的 放大倍数要小一些。放大倍数一般在1.0～2.0之间变化。

吕悦军等(2004)、彭艳菊等(2004)研究结果表明：50年超越概率63%、10%、2%水平下地 面峰值加速度相对基岩峰值加速度的放大倍数，分别在1.50～2.00、1.16～1.37、1.0 3～1.14平均为1.73、1.27、1.09，放大倍数随地震动强度的增加而降低。

李小军等(2001)基于188个工程场地计算剖面模型及场地地震反应分析的等效线性化方法 ，研究了4类场地条件对场地地震动峰值加速度影响的规律，给出每一类场地对地震动峰值 加速度的放大倍数建议值，Ⅰ类场地为1.0；Ⅱ类场地对峰值加速度有明显的放大作用，放 大倍数为1.18～1.50；Ⅲ类场地在强地震动条件下对峰值加速度有一定的减小作用，放大倍 数为0.60～1.10；Ⅳ类场地对峰值加速度有明显的减小作用，放大倍数为0.45～0.80。

本文统计结果与抗震设计规范及相关研究成果相比较，在地震动水平方面，放大倍数随地震 动强度的变化是一致的，随地震动的增大(概率水平的减小)而降低。在场地条件方面，Ⅰ 、Ⅱ类场地是一致的，Ⅰ类场地为1.0，Ⅱ类场地对峰值加速度有明显的放大作用；对于Ⅲ 类场地，李小军等(2001)认为在地震动较大的情况下场地对峰值加速度具有减小作用，本 文结果与美国、加拿大、德国等国抗震设计规范一致，Ⅲ类场地对峰值加速度具有较大的放 大作用。本人认为，这与统计样本所处场地的非线性变形有关，虽为Ⅲ类场地，但地层大部 分为Q3及以前冲洪积形成，固结程度较高，非线性变形较小，所以对峰值加速度具有放大作 用。
4 结论

经以上统计分析表明，场地条件对地面地震动峰值加速度的影响比较明显。在不同场地条件 、不同地震动概率水平下地面峰值加速度相对于基岩峰值加速度的放大倍数有如下特点：① 放大倍数变化与地震动关系较为明显，随地震动的增大而降低。50年超越概率63%、10%、2% 放大倍数均值分别为1.597、1.473、1.449。②场地类别不同，放大倍数也不尽相同；在 同一场地类别条件下，放大倍数也随地震动强度增大而降低。Ⅰ类场地放大倍数均为1；Ⅱ 、Ⅲ类场地对峰值加速度有明显的放大作用，50年超越概率63%、10%、2%放大倍数均值，Ⅱ 类场地为1.516、1.429、1.403，Ⅲ类场地为1689、1.523、1.501。③场地条件对地 震动峰值加速度的影响是显著的，建议在修订新的建筑抗震设计规范和以后的地震区划、工 程结构抗震工作中考虑，根据场地条件的不同对地震动峰值加速度予以适当的调整。
［参考文献］
［1］ 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.
［2］ 李小军，彭青，刘文忠.设计地震动参数确定中的场地影响考虑［J］.世界地 震工程，2001，17(4)：34～41.
［3］ 吕悦军，彭艳菊，兰景岩，等.场地条件对地震动参数影响的关键问题［J］. 震灾防御技术，2008，3(2)：126～135.