地下地震动频谱特点研究_胡进军

收稿日期:2004-08-07; 修订日期:2004-08-30 基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(E0221)

文章编号:1000 1301(2004)06 0001 08

地下地震动频谱特点研究

胡进军1,谢礼立1,2

(1.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090)

摘要:本文以美国加州强震观测计划(CS MIP)的6个岩土工程台阵的429条地表和地下地震动时程为数据基础,按照各台阵场地土层分布情况将台阵分为土层和 土层/基岩 两类。对于同一类场地,将其中的各次地震,按照震级的大小将其分为三类;对于同一类地震,首先计算各地震的水平分量5%阻尼的反应谱以及相应的标准反应谱,并得到各深度测点相对于最深处测点的反应谱比值,分析比较两类场地下各深度反应谱的特点。另外,傅里叶谱也是本文分析的一部分,通过对不同深度地下地震动的反应谱和傅氏谱的比较,得到了一些较有意义的结论,以供工程参考。关键词:地下地震动;反应谱;傅里叶谱;谱比中图分类号:P315.9

文献标识码:A

Spectral characteristics of earthquake sub ground motions

Hu Jinjun 1,Xie Lili 1,2

(1.Ins ti tute of Engi neering Mechanics,China Earthquake Admini stration,Harbin 150080,China;2.School of Civil

Engi neering &Archi tecture,Harbi n Ins ti tute of Technology,Harbin 150090,China)

Abstract:The spectral variation of ground motion with depth is investigated in this paper which is essential in determining the seismic design ground motion for embedded struc tures and pipelines.Firstly the earthquake ground motion on surface and in the subsoil recorded by six CSMIP Geotechnical Arrays of United States from about thirty moderate and strong earthquakes are described.Then the arrays were classified into two categories according to their site conditions.Finally,the spectral variation characteristics of ground and sub ground motions with depth is investigated by comparing the re sponse spec tra and Fourier spectra.

Key words:earthquake sub ground motion;response spec trum;Fourier spectrum;spectral ratio

引言

21世纪是人类开发利用地下空间的世纪,这是解决越来越严重的土地紧缺、环境污染、交通拥塞、能源浪费等一系列人类面临的严峻挑战的战略方向。地下空间的开发利用,已成为世界性发展趋势和衡量城市现代化的重要标志。因此,了解地震动在地表下沿深度的变化规律,对于半埋或者完全埋置于地下的结构物的抗震设计与抗震安全来说是十分必要的。

以往国内外对地表与地下地震动也曾作过大量的研究,但从场地条件对地下地震动的影响的角度研究者居多,而从地下工程抗震设计角度研究输入地震动,也即研究地震动沿地下深度分布的规律者还不多,随着我国以及国际地下空间的发展,对地下地震动研究的需求,也就更为迫切了。本文针对于此,对收集到的

第24卷第6期2004年12月

地 震 工 程 与 工 程 振 动

EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION

Vol.24,No.6Dec.2004

地表和地下不同深度的地震动记录,按照不同场地和震级的分类,分别研究了其反应谱和傅里叶谱不同深度的特点,以供工程抗震设计,特别是地下工程的抗震设计者参考。

1 台阵概况及地震动数据基础

本研究采用了美国加州强震观测计划(California Strong Motion Instrumentation Program,CSMIP)的6个岩土工程台阵上记录到的28个地震,包括三分量共429条地震加速度时程。本文以CSMIP 各台阵的地表和地下各深度的地震动作比较分析,CSMIP 的6个台阵的场地条件及测点深度、地震计数等见表1,其中El Centro 、Eureka Samoa 、La Cienega 和Vincent Thomas 台阵的场地条件很类似,属于厚软冲积层,本文将它们称为土层场地;Treasure Island 台阵的场地土层上部为填土和冲积层,下部为基岩,本文称这种场地为 土层/基岩 场地。其中,土层场地台阵:El Centro 、Eureka Samoa 、La Cienega 、Vincent Thomas East 和Vincent Thomas West 的场地土层S 波波速在近地表处为150m/s 左右,在深度100m 处增至500m/s 左右,土层场地中的La Cienega 台阵的土层P 波和S 波波速见图1,Treasure Island 土层/基岩 台阵的P 波和S 波波速如图2,场地土层上部为软土,下部为基岩。各地震的具体参数见表2

。

图3 CS MIP 的地震震级与震中距情况

表1 CS MIP 台阵概况

台阵测点数通道测点深度/m 地质条件El Centro 4120,30,100,195厚冲积层Eureka Samoa 5150,19,33,56,136厚软冲积层La Ci enega 4120,18,100,252

厚软冲积层

Treas ure Isl and 7210,716,31,44104,122填土冲积层岩石Vincent Thomas Eas t 4120,18,46,91厚软冲积层Vincent Thomas Wes t

6

21

0,15,30,91,189

厚软冲积层

2 研究方法

地震动的频谱特性可以通过其反应谱、傅里叶谱和功率谱等来反映,本文从最常用的反应谱和傅里叶谱方面来讨论地下不同深度地震动的特点。

2 地 震 工 程 与 工 程 振 动 24卷