Seismic Amplification Effect on Seismic Acceleration Response Spectrum of Medium-Stiff Soil Site in the Beijing Region
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摘要: 当前，合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象，分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先，计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱，合成基岩输入地震动时程；再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算，分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明，中硬场地对高、中频震动放大效应明显，尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上；场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的，与场地自振周期的相关性很强；在不同的地震动输入环境下，中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的，这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。Abstract: The determination of the reasonable ground peak accelerations and characteristic periods of response spectrum is the key work in determining seismic ground motion parameters. In this paper, we analyzed the seismic amplification effects of medium-stiff soil site on seismic acceleration response spectrum of different period values in the Beijing region. Firstly, based on the different magnitude and epicenter distance, we chose different bedrock ground motion acceleration response spectrums to determine ground motion inputs. Secondly, we used the bore data of 110 typical engineering sites to calculate the seismic response of the soil layers, and analyzed the amplification effects of medium-stiff soil site on seismic acceleration response spectrum of different period values. The results indicate that the amplification effects of high and medium frequency ground motion are remarkable, especially for the periods range from 0.2s to 0.5s, the magnifications are mostly above 1.3. The influence of the thickness of overlaying layers on the seismic amplification among ground motion acceleration of different frequencies is various, and the influence has strong correlations with the vibration periods of the site. Finally, we pointed out that the seismic amplification effects of medium-stiff soil site under different ground motion inputs are dissimilar, and such conclusion offers references for practical seismic design.
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图 1 6类设定地震的基岩加速度反应谱
Figure 1. Acceleration response spectrums on bedrock of 6 scenario earthquakes
图 2 场地自振周期 (T) 与覆盖层厚度 (d) 的关系
Figure 2. The relationship between the vibration period of the site (T) and the thickness of overlaying layer (d)
图 4 典型周期加速度反应谱值的放大倍数
Figure 4. The amplification factors of the acceleration response spectrum of typical periods
图 6 放大倍数与覆盖层厚度关系 (M=5.5，R=5km)
Figure 6. Relationship between amplification factor and the thickness of overlaying layer (M=5.5, R=5km)
表 1 选取的6类设定地震
Table 1. Parameters of six different scenario earthquakes
震级M 5.5 6.5 7.5 8.0 8.0 8.0 震中距R/km 5 20 70 20 70 200 设定地震 本底地震/弥散地震 近场中强震 中远场中强震 近场大震 中远场大震 远场大震 
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表 2 6类设定地震的基岩峰值加速度
Table 2. Peak accelerations on bedrock of 6 scenario earthquakes
设定地震 基岩峰值加速度/gal M=5.5，R=5km 192.32 M=6.5，R=20km 212.15 M=7.5，R=70km 119.40 M=8.0，R=20km 498.01 M=8.0，R=70km 177.85 M=8.0，R=200km 42.76
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表 3 场地模型力学参数统计结果
Table 3. Statistical results of mechanical parameters of site models
场地模型个数 等效剪切波速值VSE 覆盖层厚度d 平均剪切波速值VS 自振周期T 范围/m·s-1 个数 范围/m 个数 范围/ m·s-1 个数 范围/s 个数 110 150 < VSE≤200 2 5 < d≤15 7 0.1 < T≤0.2 5 200 < VSE≤250 27 15 < d≤30 19 200 < VS≤250 5 0.2 < T≤0.4 38 250 < VSE≤300 52 30 < d≤50 65 250 < VS≤300 21 0.4 < T≤0.6 41 300 < VSE≤350 27 50 < d≤70 12 300 < VS≤350 60 0.6 < T≤0.8 18 350 < VSE≤400 2 70 < d≤90 4 350 < VS≤400 24 0.8 < T≤1.1 8 90 < d≤100 3
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表 4 放大倍数均值统计结果
Table 4. The statistical results of amplification factors
周期T/s 0 0.04 0.07 0.1 0.2 0.5 0.8 1 2 4 M=5.5，R=5km 均值 1.212 1.207 1.169 1.203 1.350 1.350 1.192 1.172 1.062 1.037 方差 0.014 0.014 0.022 0.032 0.028 0.028 0.014 0.010 0.001 0.0007 M=6.5，R=20km 均值 1.148 1.142 1.172 1.217 1.341 1.349 1.203 1.146 1.045 1.017 方差 0.008 0.008 0.024 0.033 0.030 0.033 0.021 0.009 0.001 0.0002 M=7.5，R=70km 均值 1.275 1.277 1.267 1.280 1.338 1.333 1.188 1.127 1.034 1.011 方差 0.008 0.009 0.012 0.033 0.026 0.027 0.016 0.008 0.001 0.0001 M=8.0，R=20km 均值 1.204 1.208 1.123 1.081 1.127 1.286 1.292 1.230 1.103 1.024 M=8.0，R=20km 方差 0.017 0.017 0.030 0.069 0.096 0.058 0.052 0.041 0.011 0.0006 M=8.0，R=70km 均值 1.227 1.214 1.231 1.251 1.344 1.292 1.191 1.130 1.039 1.010 方差 0.006 0.007 0.010 0.024 0.028 0.029 0.020 0.013 0.001 0.0001 M=8.0，R=200km 均值 1.604 1.608 1.640 1.631 1.682 1.432 1.137 1.048 0.987 0.979 方差 0.026 0.025 0.026 0.047 0.074 0.096 0.020 0.006 0.0003 0.0001
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