地震危险性评估与场地效应
地震危险性评估专题有6个口头报告,这一专题的目标主要是进一步研究具有明确物理意义的地震危险性分析方法,以使建筑物地震危害性分析能够实现性态抗震设计目标。有62人参加该专题分会交流。
新西兰坎特伯雷大学的Brendon A.Bradley教授阐述了目前地震危险性分析由经验阶段进入基于明确物理意义阶段所面临的挑战,利用新西兰2010—2011年Canterbury系列地震和2016年Kaikoura地震记录,对现有方法的不确定性进行了评价。Arup工程顾问公司旧金山部的Nicole Paul提出了一个先进的非线性场地反应分析程序,程序分为三部分(前处理、有限元、后处理),程序全自动、快速且可评估不确定性。Arup工程顾问公司旧金山部的Jongwon Lee针对墨西哥市某重要工程的地震危险性分析,详细阐述了PSHA概率方法在具体应用中需着重考虑潜在震源的特性和其对目标反应谱形状的影响。美国斯坦福大学的Jack W.Baker教授指出,以往地震危险性分析给出的设计地震动是多个潜在震源综合影响的平均结果,为了适应高层建筑性态抗震设计方法,必须对每个潜在震源单独生成的地震动进行建筑物地震危害性分析。加拿大核安全委员会的Zhaoliang Wang教授与上述思路接近,也是将各潜在震源对核电站分别做危害性分析,最终加权累计结果。荷兰代尔夫特理工大学的S.Panagoulias教授进行了荷兰格罗宁根地区砌石建筑的地震危害性分析,主要是创建了砌石建筑的数值模型。
场地效应专题分会共有20个口头报告,主要研究进展为通过不同国家的强震观测记录、地面脉动观测和场地地震反应分析对峡谷、盆地、山体、堤坝、垃圾填埋场、深厚覆盖层、不同土层结构、不同土类等对地震动的放大效应进行了研究,取得了相应的定量结果。具体报告内容简述如下。
Ketan Bajaj等利用多道瞬态面波方法给出Indo-Gangetic深盆地75个场地的等效剪切波速和场地类型,从印度及全球地震台台网数据中选择地震动作为场地地震反应分析输入,评估了典型大厚度场地的地表反应及不同周期的放大因子,不同场地类型的放大系数可为印度新一代地震动预测模型和深厚场地地震反应提供参考。
Carolina Volpini等对低倾角倾斜地层场地分别进行一维和二维地震反应分析,旨在研究一维无限水平成层假设在何种情况下适用于二维倾斜场地,通过土层物性参数和地层结构几何尺寸的参数化分析为一维地震反应分析在低倾角倾斜场地的适用性提供一般性建议。
2016年日本熊本地震造成省道28与Akitsu河之间的“三明治”地区木结构房屋集中破坏,Yoshiya HATA教授在该区域密集地进行地脉动测试,获取了364个场点H/V曲线,通过对比谱比曲线的峰值频率、谷值频率、谷值峰值频率比等参数与木结构房屋震害指数发现,谷峰频率比与严重破坏的木结构房屋分布相关性最好,该参数可为近场房屋震害评估提供新的量化依据。
Valeria Nappa等针对场地隔振提出采用高吸水树脂材料作为隔振结构填充物,通过数值计算和现场地振动测试发现高吸水树脂材料物理力学性能有利于振动衰减,其环境友好和成本廉价成为隔振材料的新选择。
Georgios Zalachoris等利用P波震相分析方法估计场地等效剪切波速,通过估算田纳西州、堪萨斯州和俄亥俄州251个台站的近2900条记录给出Vs30分布图,并与NGAEAST和实测Vs30对比发现,P波震相分析法计算的Vs30高于NGA-EAST给出的等效波速值,但是其分布图与地质图和实测结果具有很好的对比性。
Vijaya R.和Boominathan A.采用有限差分(Flac2D)方法对盆地边缘效应和岩土类型的地震放大效应进行研究,结果与观测结果具有可比性,发现浅层盆地底部基岩倾斜对地震动放大影响明显,并与地震动输入有关。
Chris A.de la Torre等结合传统一维地震反应分析和混合宽频带地震动模拟技术可以详细分析区域性地震动三维现象,通过引入表层土体的动力非线性提出基于物理过程的地震动模拟方法,计算结果与观测地震动结果相近,30 m等效剪切波速和经验场地效应对宽频带地震动模拟影响较大。
Mark Anthony Styler和Ilmar Weemees研究了剪切波速的不确定性对场地反应分析的影响,利用互相关函数分析地震波传播路径的不确定性估计到时的不确定性,指出通过改进井下测试设备、工序和分析方法来降低剪切波速的不确定性。
E.Skiada教授等利用时域有限元方法研究了地震动输入对峡谷地形场地地震动放大效应的影响,分析单频小波输入和实际地震动输入对峡谷地形效应的影响,小波输入分析结果相对保守。(https://www.daowen.com)
Pawan Kumar等利用墨西哥市湖相沉积场地的三个台站地震记录进行了大量非线性土层地震反应分析,认为深厚沉积层和墨西哥黏土的力学性能是墨西哥盆地湖相沉积场地地震动放大和持时延长的主要原因,而不是盆地效应。结果表明剪切波速的不确定性对浅层地震反应影响较大,土的剪切波速测试具有极大的随机性和不确定性。
Ry V.Ingenieros研究了过去5年智利地震震害分布特征,相比2010年Maule 8.8级地震,并没有预期的严重,除震源、路径之外,场地条件影响较大。通过分析26个台站场地条件和震害分布特征发现,Nakamura周期小于0.4的场地震害较轻,Nakamura场地周期可以作为震害评估的有用指标。
Lei Zhang等利用三维谱单元法研究近场地震动断层上盘效应,以大岗山地区为例分析了有限断层倾角对地表地震动的影响,认为只有当倾角小于70°时工程抗震设计才需考虑上盘效应。
Yang Xiaomei等提出考虑土层非线性的二维平面内地震反应方法,用二维平面应力状态下的最大剪应变替换一维应力状态下的应变量,边界条件采用透射条件。以日本Ashigara山谷为例进行计算并与一维结果对比,发现二维模型模拟浅层地震波传播明显优于一维模型,但是地震动强度差别不大,反应谱误差分析表明二维结果更靠近观测记录。
一维土层地震反应分析的本构模型参数包括模量和阻尼曲线,Mashing准则定义加载卸载行为,加拿大学者Samuel Yniesta认为该准则与阻尼曲线不相适应,并不符合土体动力特性。同时提出新的模型,通过坐标转换技术匹配加载卸载与输入曲线,土层地震反应分析结果更符合观测结果。
Minoru Yamanaka利用面波勘探技术和地脉动测试估计垃圾场填埋厚度,通过四分之一波长法给出的填埋厚度与地球物理方法给出的结果相近,该方法具有一定的优越性和有效性。
Yi-Tyan Tsai利用坚硬场地的历史台站记录估计软土场地防洪堤上的地震运动,由于防洪堤场地土层软弱,土层地震反应分析需考虑土层非线性和地震动输入强度,通过分析历史地震数据和场地类型给出软弱场地地震动输入,以此计算防洪堤系统的易损性曲线。
Reza Imam等发现循环荷载作用下液化土的一维总应力和有效应力计算结果差别较大,硬土层导致短周期谱加速度增大,软土层导致长周期谱加速度增大,计算厚度越小谱加速度越大。由于软弱液化土层不能完全传递应力到上部土层,所以采用有效应力方法计算的谱加速度较小。
Frederick Jackson指出早期地震动小区划所使用的地质资料和岩土信息较粗糙,提出利用阵列地脉动分析方法调查场地剪切波速结构并细化场地分类,以此改进地震动小区划结果。
中国香港科技大学王刚教授等利用三维谱单元方法模拟香港岛地震动地形放大效应,用尺度相关的地形因子——平滑曲率作为地形放大的参数化因子,发现高频放大与小尺度平滑曲率相关,长周期放大与大尺度地形因子有关,最大地形放大系数为1.6~2.0。同时发现土层厚度对地震动放大特征影响较大,结合场地土层厚度和地形特征综合给出地震动放大系数预测模型。
Domniki Asimaki系统地分析了影响地震动地形放大效应的关键参数,地形放大并不单单依赖于地形几何尺寸,而是与地形和土层参数的非线性耦合相关,地表地形并不能刻画地震动地形放大效应。