【摘 要】
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在在流行的地震动随机合成中,在震源谱、传播途径项之外,还包括一个“场地项”,表达为近地表幅值放大因子的Amp(f)和高频截止滤波器的P(f)的乘积,其实并未考虑通常所说的局部
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在在流行的地震动随机合成中,在震源谱、传播途径项之外,还包括一个“场地项”,表达为近地表幅值放大因子的Amp(f)和高频截止滤波器的P(f)的乘积,其实并未考虑通常所说的局部场地条件的影响。局部场地条件对地震动有重要的影响,国内外地震工程界有共识,在地震中的实例屡见不鲜。本文研究场地土质条件的影响,一般用土层速度结构的传递函数表达,将其并入地震动随机合成的框架中,形成简单一体化的考虑场地效应的随机合成方法,需要深入分析并比较其与上述“场地项”的关系。本文在归纳现有相关研究工作进展的基础上,重点分析、比较了传递函数和四分之一波长法的关系,两者如何用于地震动随机合成中考虑场地影响。在统一符号体系中,本文系统地整理传递函数和四分之一波长法的推导,比较、讨论两种方法的关系,指出两者表达的都是成层介质对地震动传播的滤波、放大作用,后者是一种简化。对于单一覆盖土层场地,两种方法表达的场地基本频率是一致的,四分之一波长法放大曲线最大值与传递函数均方根值有对应的数量关系,随着考虑的带宽增加,两种放大曲线逐渐接近。通过多覆盖土层场地模型,本文数值比较了传递函数和四分之一波长法表达场地影响的差别。结果表明,多覆盖土层场地传递函数的基本频率在四分之一波长法放大曲线的拐点频率之间,后者最大幅值的二分之一比前者峰值二分之一的平方根要大一些。不同的表层、夹层组合,剪切波速随深度渐增,速度结构延拓至数千米,两者的关系会有各种变化,颇为复杂。在传递函数计算中考虑粘滞阻尼可以有效滤除地震动中的超高频噪声,不需要再考虑四分之一波长法中通常采用的高频截止滤波。通过两个地震的算例,本文探讨了在随机合成地震动中采用传递函数、四分之一波长法及两者的组合考虑场地影响的方法。1994年美国北岭地震的例子,以频率波数法合成各土层界面处的地震动为期望值,分析、比较两种方法在随机合成地震动中表达场地影响的效果。论证指出,为计算地表地震动,埋藏基岩表面输入要采用分离出来的上行波,全波会有一定程度的高估,提出了一个根据TF剥离上行波的方法。数值结果表明,埋藏基岩表面地震动上行波输入,两种考虑场地影响方法的计算得到的地表地震动与频率波数法的计算结果波形相近,幅值更为接近。2016年日本熊本地震的例子,以两个台站井上与井下的地震动观测记录为依据,比较随机合成埋藏基岩表面地震动与实际观测记录分别输入下,采用两种方法及其组合考虑场地影响,地表地震动与记录符合的程度。两个台站的结果均表明,借助传递函数、四分之一波长法以及两者串联组合的三种方法考虑场地影响得到的地表地震动差别不大,地表PGA、地表加速度反应谱相互间很接近,与记录的也比较符合。进一步仔细比较看出,三种结果与记录贴近的顺序随场地、输入而变化。根据有限的算例,本文建议:没有场地速度结构详细数据的工况,可以在地震动随机合成中采用QWL计算近地表地震动幅值的放大,与高频截止滤波器一起表达场地影响;有场地速度结构详细数据,在地震动随机合成中采用有粘滞阻尼的TF表达场地影响,不再需要高频截止滤波器;将QWL和TF串联组合在一起合成地表地震动,可以适应深部速度结构数据不足、浅部有比较详细速度结构数据的情况。
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