我国西部基岩地震动衰减关系及场地影响研究

Because the strong motion observation in China initiated late, empirical methods are mainly used to study the ground motion attenuation and site effect. As empirical methods are indirect measures, theire efficiency and applicability are limited. With the increasing digital seismic records, it is possible to directly study the ground motion attenuation and site effect by seismic records. This project is to use digital broad-band seismic records and strong motion records at rock sites of West China in recent years to regress the ground motion attenuation for rock sites of West China, after the instrument response has been removed. Then, a large number of hypothetical soil profiles are constructed. Using the result of ground motion attenuation for rock sites of West China as bedrock ground motion input, one dimensional equivalent linear site response method is conducted on those hypothetical soil profiles to analyze how the soil condition, such as soil thickness, overburden soil thickness, shear wave velocity of bedrock, shear wave velocity at the bottom layer of overburden soil and equivalent shear wave velocity, influence the ground motion under different magnitudes and distances. In comparison with strong motion records, the correction factors of site effect on ground moiton are obtained. The results of this study can prompt the reliability of ground motion prediction and ground motion parameters zonation, which are significant for the seismic resistant design of structures.

由于强震观测起步较晚，目前我国的地震动衰减关系及场地影响研究主要采用间接方法，其合理性和适用性有限。随着我国数字地震记录的增加，采用直接方法研究地震动衰减关系及场地影响条件日趋成熟。本项目拟基于我国西部近几年的宽频带地震记录，消除仪器响应并恢复记录的失真部分，结合基岩场地强震动记录，回归获取我国西部宽频带基岩地震动衰减关系。经验假设大量土层反应计算模型，以我国西部宽频带基岩地震动衰减关系估计结果作为基岩地震动输入，利用一维土层反应等效线性化分析方法，研究不同震级、衰减距离条件下，土层厚度、覆盖层厚度、不同基岩面剪切波速、覆盖层下伏介质的剪切波速、场地等效剪切波速对地震动不同频率成分的影响,并与实际记录对比分析，统计得到地震动的场地修正系数。研究成果可以提高目前我国地震动参数估计的合理性与适用性，为地震区划以及工程结构场地抗震分析提供更可靠的依据。

本项目利用我国西南部81个地震事件中的720条数字宽频带地震记录（震级范围Ms4.7~6.5）和24个地震事件中的36条基岩场地强震动记录(震级范围Ms4.7~6.7)验证了目前常用的基岩地震动衰减关系的适用性，并回归获取了我国西南部基岩地震动衰减关系。利用云南省部分强震动台站工程场地勘察资料，经验假设大量土层反应计算模型，以我国西部基岩地震动衰减关系估计结果作为基岩地震动输入，利用一维土层反应等效线性化分析方法，研究了不同基岩面剪切波速、覆盖层下伏介质的剪切波速、场地等效剪切波速对地震动不同频率成分的影响。研究结果表明：场地等效剪切波速对地震动参数影响较大，其对地震动高频成分幅值（包括加速度峰值）和特征周期都有影响。一般情况下，场地等效剪切波速越小，地震动高频成分幅值越高，特征周期越长。基岩基底剪切波速主要影响地震动的高频成分，对中低频影响很小。覆盖层底层剪切波速相对于基岩基底剪切波速的差值主要影响地震动反应谱的中频段，也就是抗震设计规范中的β值。两者相差越大，平台越高。最后，本项目根据147个我国西南部国家强震动台站20m左右深度的钻孔剪切波速数据，利用延拓方法、场地分类统计方法以及基于地形特征的Vs30估计方法研究了我国西南部各类场地的Vs30估计经验模型。