基于钻孔竖向台阵强震观测记录的场地反应研究

Firstlly, utilizing both strong motion record database and corresponding site classification information database from global borehole vertical-arrays, following study schemes will be carried out.(1)The comprehensive site classification scheme, and the corresponding relationships among the scheme,and the site classification criterons from China and America, will be studied, respectively; (2) Employing the traditional spectral ratio method, following site response characteristics of different site classes under the action of strong and weak motions will be studied, respectively.① The threshold of the nonlinear site responses; ② The change rules about the extents of the nonlinear site responses with the levels of strong motions; ③ The change rules about the site responses with soil depth; ④ Effects of the ground motion duration on the site responses; ⑤ Effects of sediment depth in a basin on the site response. Secondly, utilizing both strong motion record database and corresponding site classification information database from Chinese representative cities or areas, employing the traditional spectral ratio method or the horizontal and vertical spectral ratio method, the site response characteristics of different site classes under the action of strong and weak motions will be studied. And comparing with results from the borehole vertical-arrays, the similarities and differences between them will be analyzed and studied. Finally, the site response models of different site classes under the action of strong and weak motions in Chinese representative cities or areas will established based on the above research results. The research results can be applied to the models of the site responses in ground motion simulations, and the evaluation of seismic safety for engineering sites, and the seismic design of the buildings and structures, and provide the scientific basis for further revision about the site responses in the relevant codes.

首先，基于全球钻孔竖向台阵强震观测数据库及其相应的场地分类信息库：（1）建立能够反映场地整体特性的综合场地分类方案及其与中、美场地分类标准之间的相互对应关系；（2）采用传统谱比法研究不同场地类型在强、弱震动作用下的场地反应特征：①非线性场地反应的阈值；②非线性场地反应程度随强震动强度的变化规律；③场地反应随深度的变化规律；④地震动持时对场地反应的影响；⑤盆地中沉积物厚度对场地反应的影响。然后，基于中国典型城市或地区的强震观测数据库及其相应的场地分类信息库，采用传统谱比法或水平与竖向谱比法研究不同场地类型在强、弱震动作用下的场地反应特征，并与上述成果进行对比，分析其异同及原因。最后，基于上述成果建立中国典型城市不同场地类型在强、弱震动作用下的场地反应模型。研究成果可应用于地震动模拟的场地反应模型、工程场地的地震安全性评价和建筑物的抗震设计，并为相关规范中场地反应部分的进一步修订提供科学依据。

工程结构的震害与场地反应密切相关，研究场地反应对于工程结构的抗震设防具有重要的理论意义和实用价值。利用日本KiK-net台网、美国金银岛岩土台阵记录的地震动数据，使用井上/井下谱比法、非线性场地反应指标、土动力学参数估计方法、时频分析方法等研究场地反应中的关键科学问题：（1）非线性场地反应的阈值、程度和恢复过程；（2）场地反应随深度的变化规律；（3）地震动持时对场地反应的影响；（4）盆地中沉积物厚度对场地反应的影响。然后，利用日本KiK-net台网、中国5个典型地区（四川、云南、江苏、台湾地区和渭河盆地）的地震动数据，使用井上/井下、水平/竖向谱比法研究不同场地类型的场地反应模型，并进行对比。取得的重要结果如下：.1、建立了非线性场地反应的阈值和表征其程度的剪切模量比下降幅度的经验关系式。阈值受场地等效剪切波速和塑性指数的影响，剪切模量比受场地等效剪切波速、塑性指数和PGA的影响。据此可以解释下列现象：（1）同一类型场地的阈值和程度相差甚远；（2）不同类型场地的阈值和程度无明显差异。.2、土层作为一个多自由度体系，当地震波从基岩传播到其中时，其多个振型被激励，放大作用随深度的变化是按照不同振型的特征而有规律地变化，从本质上揭示场地的固有特性。.3、震源分别在盆地之外和之下时，在弱震动作用下场地的基本频率前者大于后者。.4、随着场地由硬变软，或随着场地基本周期的增加，中国5个典型地区和日本同类场地之间放大作用模型主频带的差别增大，直至完全不同。.5、提出一种利用近地表较浅剪切波速估计目标深度（例如，20m、30m或其它深度）等效剪切波速的新方法－两点法，与Boore（2004）和Boore（2011）经验关系式（一点法）相比，精度更高，且不受区域的限制，有更好的适用性。.研究成果可应用于地震动模拟、工程场地的地震安全性评价和建筑物的抗震设计，并为规范中场地反应部分的修订提供科学依据。