土层的场地反应及其动力学参数是工程地震学和岩土地震工程学研究的主要内容,对建(构)筑物的抗震设防起着重要的作用。长期以来,场地反应的研究主要基于数值模拟、宏观震害调查以及地表台站记录的地震动数据;而土体动力学参数的主要获取途径是实验室试验和原位测试。近年来,随着全球岩土台阵数量的不断增加,积累了大量高质量的地震动数据,为土层的场地反应及其动力学参数的深入研究提供良好基础。一方面,使用岩土台阵的地震动数据可以用来研究真实的场地反应、揭示场地反应机制;另一方面,岩土台阵有助于研究原位土体乃至整个场地在多种真实荷载条件下的实际动力反应,可以检验现有实验室试验方法以及原位测试方法的准确性与可靠性,对认识原位土体动力特性、改进现有实验室试验方法以及原位测试方法具有重要意义。本文利用美国加纳山谷岩土台阵(Garner Valley Downhole Array,即GVDA)记录的280组加速度时程和美国金银岛岩土台阵(Treasure Island Geotechinical Array,即TIGA)记录的14组加速度时程,首先,使用解卷积的地震干涉测量法研究两个台阵的剪切波速剖面并与实测剖面进行对比;然后,使用从加速度时程中提取的视剪应力、视剪应变和视剪切模量比,研究视剪应力、视剪应变和视剪切模量比的关系及其随深度的变化规律,并与实验室实测数据进行对比;第三,使用井上/井下谱比法,研究土层场地的放大作用随深度的变化规律。结果表明:(1)由解卷积的地震干涉测量法估计的两个台阵的剪切波速剖面在一定范围内波动,其平均值与原位测试结果基本一致;但加纳山谷岩土台阵的东西、南北向的场地剪切波速存在显著差异。(2)两个台阵中不同深度段土层的视剪切模量比-视剪应变的关系曲线表明:在浅土层,当视剪应变达到约10-6时,视剪切模量开始衰减;当视剪应变达到约10-5时,视剪切模量的衰减变得明显;当视剪应变达到约10-4时,视剪切模量比-视剪切应变表现出显著的非线性特征;而在较深的土层,未发现视剪切模量的明显衰减。(3)在地震波从基岩传播到地表的过程中,土层场地的多个振型被激励,其放大作用随深度的变化规律是按照振型的特征而有规律地变化。在加纳山谷岩土台阵的两次峰值地面加速度大于40 gal的地震中,观察到了地基本频率的降低,这一现象说明了非线性场地反应的出现。