海域不同类别场地地震动参数变化规律研究

王笃国; 尤红兵; 张合; 吕国军

doi:10.11899/zzfy20210112

海域不同类别场地地震动参数变化规律研究

doi: 10.11899/zzfy20210112

1.
中国地震灾害防御中心，北京 100029
2.
河北省地震局，石家庄 050021

基金项目: 国家重点研发计划（2017YFC1500403-07）

详细信息

作者简介:
王笃国，男，生于1979年。博士，正高级工程师。主要从事岩土工程与地震工程的科研工作。E-mail：wangduguo@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2021-01-06
- 网络出版日期: 2021-07-12
- 刊出日期: 2021-03-01

Study on the Change of Earthquake Ground Motion Parameters for Different Classification Sites of Ocean Areas

1.
China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing 100029, China
2.
Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China

摘要

摘要: 基于海域场地分类标准，选取南海海域实测钻孔作为计算模型，同时人工构造部分钻孔计算模型，对126条不同特性地震动输入下5种类别场地计算模型开展土层反应分析计算，分析不同地震动输入下不同海域场地峰值加速度和特征周期变化规律。结果表明，场地类别和地震动输入强度显著影响峰值加速度放大系数和特征周期，场地土越软，地震动输入强度越大，峰值加速度放大系数越小，特征周期越大。根据研究结果给出不同地震动输入下不同海域场地峰值加速度放大系数、特征周期变化范围，为海域场地工程抗震设防和编制海域地震动参数区划图提供参考。
- 海域场地 /
- 场地分类 /
- 特征周期 /
- 峰值加速度放大系数
Abstract: Based on site classification standards for ocean areas, the boreholes in the South Sea of China are selected as calculation model for site response. Due to the insufficiency of ocean geological data, some boreholes are also constructed for site response. By using 126 ground motions with different characteristics, site response was conducted for 5 kinds of classification sites. The change of peak acceleration and characteristic period under different input motions for different site classifications is analysized. Results show that site classifications and peak acceleration of input ground motion greatly influenced the amplification coefficients of peak acceleration and characteristic periods. The conclusion are as follows: amplification coefficient becomes smaller and characteristic period becomes longer when the site goes softer and input motion goes stronger. The variation range of amplification coefficients and characteristic periods under different input motions and site classifications are concluded. The results can be inferred to anti-seismic design of ocean engineering structures and to the earthquake ground motion parameters zonation of ocean areas.
- Ocean area site /
- Site classification /
- Characteristic period /
- Amplification coefficients of peak acceleration

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引言

近年来，随着海上风电、海洋石油平台、跨海大桥、海底隧道等海洋工程建设的不断发展，对海域工程场地地震动参数的需求越来越迫切。《中国地震动参数区划图》（GB 18306－2015）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局）是目前我国陆域新建、改建、扩建一般建设工程抗震设防基础依据，而海域地震动参数区划尚无国家标准，已不能满足海洋工程建设相关需求。海域场地表层多具有较厚软土，且覆盖层较厚，场地条件与陆域场地具有较大差异（李小军等，2020；Hu等，2020），需建立与海域场地条件相适应的场地地震动参数确定方法。

海域工程地震安全性评价工作的开展为研究地震动在海域工程场地中的传播规律积累了丰富资料，李小军（2006）对海域工程场地地震动参数确定的特殊问题进行了分析，指出需特别重视海底软弱土层场地对地震动参数的影响。王炳辉等（2007）、潘华等（2011）、孙田等（2013）、荣棉水等（2014）针对海域土体剪切波速随深度变化规律、海域土体动模量和阻尼比等土体动力非线性参数问题展开了研究，分析了海域土体动力学参数变化规律。目前，关于海域工程场地地震动参数的研究主要集中于海域土体动力参数和土层反应分析方法等，关于海域不同类别工程场地地震动参数变化规律的研究相对较少。

基于海域场地分类标准（李小军等，2021），选取南海海域典型钻孔剖面作为计算模型。由于海域实测钻孔资料有限，人工构造部分钻孔计算模型，对126条不同特性地震动输入下5种场地计算模型开展了土层反应分析计算，分析了不同地震动输入下不同类别场地峰值加速度和特征周期变化规律。

1. 地震动输入确定

输入地震动加速度反应谱采用《中国地震动参数区划图》（GB 18306－2015）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局）给出的形式：

$$\begin{array}{l} {S_{\rm{a}}}(T) = {A_{\max }}\beta (T) \\ \beta \left(T \right) = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {1 + ({\beta _{\rm{m}}} - 1.0)\dfrac{T}{{{T_0}}}}&{0 < T \leqslant {T_0}} \\ {{\beta _{\rm{m}}}}&{{T_0} < T \leqslant {T_{\rm{g}}}} \\ {{\beta _{\rm{m}}}{{\left(\dfrac{{{T_{\rm{g}}}}}{T}\right)}^\gamma }}&{{T_{\rm{g}}} < T \leqslant {T_{\rm{m}}}} \end{array}} \right. \\ \end{array} $$

(1)

式中：A_max为设计地震动峰值加速度；β(T)为设计地震动加速度放大系数反应谱；β_m、T₀、T_g、T_m、γ分别表示地震动放大系数反应谱平台值、第一拐点周期、第二拐点周期（即特征周期）、周期值范围上限值、下降段下降速度控制参数。本研究β_m、T₀、T_m、γ分别取2.5、0.10 s、6.0 s、0.9。峰值加速度取50、100、150、200、300 、400 gal，特征周期取0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.55、0.65 s，共42种工况。峰值加速度为150 gal时，不同特征周期下输入地震动加速度反应谱如图1所示。考虑随机相位的影响，每种工况计算3个随机相位加速度时程，采用三角级数法共合成126条输入地震动加速度时程。合成的时程均以0.02 s为间隔，时程离散值点数均为4096。目标反应谱在0.04～6 s内取80个控制点，以保证合成地震动时拟合目标反应谱精度。在合成过程中，利用逐步逼近目标谱的方法，使合成的加速度时程精确满足目标峰值加速度，并近似满足目标加速度反应谱，拟合目标加速度反应谱时的相对误差<5%。

图 1 输入地震动加速度反应谱

Figure 1. Input earthquake acceleration response spectrum with different characteristic periods

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2. 计算模型

由于海域地震工程地质钻孔资料相对缺乏，本研究选取部分海域钻孔实测资料，另外，根据海域工程场地分类标准，人工构造部分钻孔计算模型，以补充海域实测钻孔资料的不足。根据表1所示海域场地分类标准（李小军，2021），人工构造3个钻孔计算模型，分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地（场地分类名称为本文自定义），2个实测钻孔对应Ⅳ、Ⅴ类场地。

表 1 海域场地分类标准

Table 1. Site classification standards for ocean areas

项目	沉积年代/厚度
项目	Q₃		Q₄/H≤40 m	Q₄/40<H≤60 m	Q₄/60<H≤100 m	Q₄/H>100 m
40 m等效剪切波速V_se/m·s⁻¹	V_se>500	350<V_se≤500	290<V_se≤350	240<V_se≤290	190<V_se≤240	V_se<190
场地类别	Ⅰ₀	Ⅰ₁	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ

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2.1 实测钻孔计算模型

依据南海海域海洋石油平台地震安全性评价工作工程地质钻孔（陆鸣等，2003，2005）构造实测钻孔计算模型，分别对应Ⅳ、Ⅴ类场地，其中Ⅳ类场地表层为非常松散的砂土、粉质黏土，Ⅴ类场地表层为非常软的粉质黏土。限于篇幅，仅给出Ⅴ类场地钻孔计算模型，如表2所示，海域土体动剪切模量比和阻尼比如图2所示。

表 2 Ⅴ类场地计算模型

Table 2. Calculation model for V classification site

土层序号	土层描述	非线性特性土样编号	土层深度/m	层厚/m	波速V_s/(m·s⁻¹)	密度/(kg·m⁻³)
1	非常软的粉质黏土至砂质黏土	S-18A	0.0～2.0	2.0	100	1 880
2	松散细砂	S-6A	2.0～5.2	3.2	136	1 892
3	密实的细砂至中砂	S-11A	5.2～12.7	7.5	170	1 898
4	稍硬的粉质黏土和粉土质砂互层	S-15B	12.7～14.8	2.1	196	2 000
5	稍硬至硬的粉质黏土	S-18A	14.8～17.8	3.0	210	1 904
6	密实的细砂	S-26B	17.8～28.0	10.2	220	1 900
7	密实至非常密实的细砂	S-26B	28.0～44.0	16.0	225	2 000
8	硬至非常硬的粉质黏土	S-41A	44.0～51.4	7.4	395	2 000
9	中密至密实的粉土质细砂	S-41A	51.4～60.6	9.2	298	1 970
10	密实至非常密实的细砂至中砂	S-53	60.6～72.5	11.9	416	1 920
11	硬至非常硬的粉质黏土	S-55C	72.5～76.0	3.5	468	2 045
12	密实的细砂至中砂	S-57	76.0～87.3	11.3	389	1 908
13	非常硬粉质黏土和砂质粉砂互层	S-60C	87.3～89.4	2.1	401	1 955
14	砂质粉土与粉质黏土迭层	S-61B	89.4～93.1	3.7	427	1 950
15	密实的细砂至粗砂	S-57	93.1～98.5	5.4	478	2054
16	硬至非常硬的粉质黏土和密实的粉砂、粉质细砂叠层	S-66A	98.5～114.6	16.1	449	1 900
17	非常密实的细砂至粗砂	S-57	114.6～120.2	5.6	490	2 000
18	计算基底	—	120.2	—	500	2 000

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图 2 土样动剪切模量和阻尼比随剪应变变化曲线

Figure 2. Change curves for shear modulus and damp ratio with shear strain of soil specimens

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2.2 人工构造钻孔计算模型

依据海域场地分类标准，主要参考Ⅴ类场地计算模型资料，土动力非线性参数采用图2给出的结果，人工构造3个钻孔计算模型，分别对应Ⅰ₁、Ⅱ、Ⅲ类场地，限于篇幅，仅给出Ⅰ₁类场地钻孔计算模型，如表3所示。

表 3 Ⅰ₁类场地钻孔计算模型

Table 3. Calculation model for Ⅰ₁ classification site

土层序号	土层描述	非线性特性土样编号	土层深度/m	层厚/m	波速V_s/m·s⁻¹	密度/kg·m⁻³
1	密实的细砂	S-26B	0.0～5.0	5.0	240	1 900
2	密实至非常密实的细砂	S-26B	5.0～10.0	5.0	273	2 000
3	中密至密实的粉土质细砂	S-41A	10.0～15.0	5.0	298	1 970
4	硬至非常硬的粉质黏土	S-41A	15.0～20.0	5.0	395	2 000
5	密实至非常密实的细砂至中砂	S-53	20.0～25.0	5.0	416	1 920
6	硬至非常硬的粉质黏土	S-55C	25.0～30.0	5.0	468	2 045
7	密实的细砂至粗砂	S-57	30.0～35.0	5.0	478	2054
8	非常密实的细砂至粗砂	S-57	35.0～40.0	5.0	490	2 000
9	计算基底	—	40.0	—	500	2 000

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3. 计算方法

假定海域场地介质特性、地形变化沿水平面方向并不显著，采用一维场地模型考虑场地条件对地震地面运动的影响。对一维场地模型地震地面运动影响的分析，采用《工程场地地震安全性评价》（GB 17741—2005）（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局）推荐的一维土层剪切动力反应分析等效线性化方法，基本原理可参考Idriss（1992）的研究，本文不再详细论述。

4. 结果分析

基于126条输入地震动时程和5种场地计算模型，采用等效线性化方法进行土层反应分析计算，得到场地地表地震动参数，并对不同类别场地条件下峰值加速度和特征周期变化规律进行分析。

4.1 地震动峰值加速度放大系数变化规律

峰值加速度放大系数定义为土层反应分析计算得到的峰值加速度与输入地震动峰值加速度的比值，不同输入地震动特征周期和峰值加速度下Ⅰ₁类场地峰值加速度放大系数如表4所示。由表4可知，输入地震动特征周期取值对峰值加速度放大系数的影响较小，输入地震动强度对峰值加速度放大系数的影响较大，因此，在分析不同类别场地峰值加速度放大系数变化规律时，主要考虑地震动输入强度的影响。

表 4a Ⅰ₁类场地峰值加速度放大系数

Table 4a. Amplification coefficient of peak acceleration for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
	50			100			150
	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3
0.25	1.39	1.55	1.33	1.35	1.43	1.25	1.24	1.34	1.26
0.30	1.39	1.32	1.43	1.26	1.30	1.37	1.33	1.27	1.30
0.35	1.58	1.44	1.35	1.37	1.44	1.41	1.27	1.27	1.27
0.40	1.47	1.62	1.41	1.33	1.39	1.28	1.35	1.24	1.35
0.45	1.36	1.31	1.39	1.33	1.35	1.49	1.35	1.43	1.33
0.55	1.45	1.45	1.36	1.26	1.35	1.32	1.48	1.32	1.37
0.65	1.34	1.44	1.44	1.32	1.48	1.40	1.35	1.35	1.35

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表 4b Ⅰ₁类场地峰值加速度放大系数

Table 4b. Amplification coefficient of peak acceleration for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
	200			300			400
	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3
0.25	1.38	1.27	1.14	1.29	1.21	1.13	1.16	1.34	1.18
0.30	1.36	1.37	1.29	1.20	1.12	1.29	1.26	1.09	1.32
0.35	1.39	1.17	1.35	1.32	1.34	1.21	1.34	1.19	1.18
0.40	1.33	1.29	1.37	1.27	1.33	1.27	1.33	1.13	1.34
0.45	1.35	1.41	1.32	1.24	1.47	1.31	1.32	1.27	1.11
0.55	1.41	1.35	1.33	1.32	1.21	1.27	1.26	1.30	1.29
0.65	1.34	1.29	1.21	1.27	1.27	1.29	1.27	1.26	1.26

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不同地震动输入下不同类别场地峰值加速度放大系数如表5所示，由表5可知，同一场地类别下，随着地震动输入强度的增大，峰值加速度放大系数总体上越来越小；同一地震动输入强度下，随着场地变软，峰值加速度放大系数越来越小；对于Ⅰ₁、Ⅱ类场地，在本研究考虑的工况下，峰值加速度放大系数均>1.0；对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类场地，当输入地震动峰值加速度>150 gal，甚至100 gal的情况下，峰值加速度放大系数开始<1.0，这是由于随着地震动输入强度的增大，厚软场地非线性效应显著，地震动高频成分被滤掉，导致地表峰值加速度较输入地震动峰值加速度小。

表 5 不同类别场地峰值加速度放大系数

Table 5. Statistical charts of peak acceleration amplification coefficient for different classification sites

场地类别		峰值加速度/gal
场地类别		50	100	150	200	300	400
Ⅰ₁	变化范围	1.31～1.62	1.25～1.49	1.24～1.48	1.14～1.41	1.12～1.47	1.09～1.34
Ⅰ₁	均值	1.42	1.36	1.32	1.32	1.27	1.25
Ⅱ	变化范围	1.22～1.60	1.05～1.35	1.06～1.52	1.06～1.36	1.08～1.34	1.03～1.31
Ⅱ	均值	1.38	1.23	1.20	1.23	1.19	1.18
Ⅲ	变化范围	1.12～1.49	1.10～1.43	0.98～1.30	0.91～1.24	0.79～1.18	0.74～1.04
Ⅲ	均值	1.26	1.21	1.13	1.05	0.92	0.91
Ⅳ	变化范围	1.05～1.41	0.99～1.47	0.87～1.25	0.84～1.31	0.65～1.03	0.53～1.10
Ⅳ	均值	1.25	1.19	1.07	1.03	0.85	0.82
Ⅴ	变化范围	1.05～1.37	0.97～1.47	0.81～1.20	0.80～1.11	0.61～1.07	0.5～1.03
Ⅴ	均值	1.24	1.18	1.07	0.98	0.75	0.70

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4.2 地表反应谱特征周期变化规律

对场地地震动加速度反应谱进行规准，从而确定场地地表反应谱特征周期，规准谱与场地地表加速度反应谱的对比曲线如图3所示。由图3可知，利用同一加速度目标反应谱生成的3个随机时程进行土层反应分析计算时，得到的场地地表反应谱特征周期基本一致，因此对3个随机时程样本地表反应谱特征周期取相同值。

图 3 场地地表加速度反应谱与规准谱

Figure 3. Relationship between site surface acceleration response spectrum and calibration spectrum

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不同输入地震动特征周期和峰值加速度下Ⅰ₁类场地地表加速度反应谱特征周期如表6所示，由表6可知，场地地表反应谱特征周期与输入地震动特征周期密切相关，输入地震动特征周期越大，场地地表反应谱特征周期越大；输入地震动强度对地表反应谱特征周期具有一定影响，输入地震动强度越大，可能导致地表反应谱特征周期越大。

表 6 Ⅰ₁类场地反应谱特征周期

Table 6. Characteristic period of acceleration response spectrum for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
特征周期/s	50	100	150	200	300	400
0.25	0.30	0.30	0.30	0.30	0.35	0.35
0.30	0.35	0.35	0.35	0.35	0.40	0.40
0.35	0.40	0.40	0.40	0.40	0.45	0.45
0.40	0.45	0.45	0.45	0.45	0.45	0.50
0.45	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50	0.55
0.55	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60	0.65
0.65	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.75

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考虑我国陆域场地地震动参数区划图对特征周期进行调整时主要考虑场地类别的影响，本研究在归纳特征周期变化规律时采用了同样原则，不同类别场地地表反应谱特征周期如表7所示。由表7可知，随着场地变软，特征周期变大，对于Ⅴ类场地，特征周期最高可达1.8 s，表明强地震动作用下厚软场地呈现出强非线性特征，地震动长周期成分丰富。

表 7 不同类别场地地表反应谱特征周期

Table 7. Characteristic period of acceleration response spectrum for different classification sites

输入地震动特征周期/s		场地类别
输入地震动特征周期/s		Ⅰ₁	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
0.25	变化范围	0.30～0.35	0.30～0.35	0.35～0.40	0.45～0.55	0.40～0.90
0.25	均值	0.32	0.34	0.37	0.51	0.63
0.30	变化范围	0.35～0.40	0.35～0.45	0.40～0.50	0.50～0.60	0.50～1.00
0.30	均值	0.37	0.41	0.47	0.57	0.74
0.35	变化范围	0.40～0.45	0.40～0.50	0.45～0.60	0.55～0.70	0.55～1.10
0.35	均值	0.42	0.46	0.52	0.62	0.79
0.40	变化范围	0.45～0.50	0.45～0.55	0.50～0.65	0.65～0.75	0.65～1.20
0.40	均值	0.46	0.51	0.61	0.72	0.85
0.45	变化范围	0.50～0.55	0.50～0.60	0.55～0.75	0.70～0.90	0.70～1.30
0.45	均值	0.51	0.55	0.64	0.81	0.88
0.55	变化范围	0.60～0.65	0.60～0.70	0.65～0.90	0.80～0.90	0.80～1.50
0.55	均值	0.61	0.65	0.74	0.86	0.95
0.65	变化范围	0.70～0.75	0.70～0.80	0.75～1.00	0.90～1.10	0.90～1.80
0.65	均值	0.71	0.75	0.86	0.98	1.2

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5. 结论

在实测钻孔模型和人工构造计算模型的基础上，采用等效线性化方法，对不同输入地震动下不同类别场地开展了土层反应分析计算，归纳总结了不同类别场地峰值加速度放大系数和特征周期变化规律，得出以下结论。

（1）海域不同类别场地峰值加速度放大系数随着地震动输入强度的增大，总体上呈减小趋势，尤其是对于Ⅴ类场地，强地震动作用下地表峰值加速度仅为输入地震动峰值加速度的50%左右。

（2）海域场地特征周期较大，很多工况下特征周期>1 s，海域场地地震动长周期成分丰富，对于自振周期较长的海洋工程，应充分考虑长周期成分丰富的地震动对结构的影响。

本研究给出的海域不同类别场地峰值加速度放大系数和特征周期变化规律，可为海域工程抗震设防和编制海域场地地震动参数区划图提供参考。由于海洋工程地质条件复杂，本研究采用的计算模型和计算方法具有一定局限性，需对海域土体非线性动力特性和计算方法开展进一步研究工作，即采用多种计算方法开展多个不同类别海域场地地震反应分析研究，探讨海域场地地震动工程特性，为海域工程抗震设防提供科学依据。

图 1 输入地震动加速度反应谱

Figure 1. Input earthquake acceleration response spectrum with different characteristic periods

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图 2 土样动剪切模量和阻尼比随剪应变变化曲线

Figure 2. Change curves for shear modulus and damp ratio with shear strain of soil specimens

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图 3 场地地表加速度反应谱与规准谱

Figure 3. Relationship between site surface acceleration response spectrum and calibration spectrum

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表 1 海域场地分类标准

Table 1. Site classification standards for ocean areas

项目	沉积年代/厚度
项目	Q₃		Q₄/H≤40 m	Q₄/40<H≤60 m	Q₄/60<H≤100 m	Q₄/H>100 m
40 m等效剪切波速V_se/m·s⁻¹	V_se>500	350<V_se≤500	290<V_se≤350	240<V_se≤290	190<V_se≤240	V_se<190
场地类别	Ⅰ₀	Ⅰ₁	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ

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表 2 Ⅴ类场地计算模型

Table 2. Calculation model for V classification site

土层序号	土层描述	非线性特性土样编号	土层深度/m	层厚/m	波速V_s/(m·s⁻¹)	密度/(kg·m⁻³)
1	非常软的粉质黏土至砂质黏土	S-18A	0.0～2.0	2.0	100	1 880
2	松散细砂	S-6A	2.0～5.2	3.2	136	1 892
3	密实的细砂至中砂	S-11A	5.2～12.7	7.5	170	1 898
4	稍硬的粉质黏土和粉土质砂互层	S-15B	12.7～14.8	2.1	196	2 000
5	稍硬至硬的粉质黏土	S-18A	14.8～17.8	3.0	210	1 904
6	密实的细砂	S-26B	17.8～28.0	10.2	220	1 900
7	密实至非常密实的细砂	S-26B	28.0～44.0	16.0	225	2 000
8	硬至非常硬的粉质黏土	S-41A	44.0～51.4	7.4	395	2 000
9	中密至密实的粉土质细砂	S-41A	51.4～60.6	9.2	298	1 970
10	密实至非常密实的细砂至中砂	S-53	60.6～72.5	11.9	416	1 920
11	硬至非常硬的粉质黏土	S-55C	72.5～76.0	3.5	468	2 045
12	密实的细砂至中砂	S-57	76.0～87.3	11.3	389	1 908
13	非常硬粉质黏土和砂质粉砂互层	S-60C	87.3～89.4	2.1	401	1 955
14	砂质粉土与粉质黏土迭层	S-61B	89.4～93.1	3.7	427	1 950
15	密实的细砂至粗砂	S-57	93.1～98.5	5.4	478	2054
16	硬至非常硬的粉质黏土和密实的粉砂、粉质细砂叠层	S-66A	98.5～114.6	16.1	449	1 900
17	非常密实的细砂至粗砂	S-57	114.6～120.2	5.6	490	2 000
18	计算基底	—	120.2	—	500	2 000

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表 3 Ⅰ₁类场地钻孔计算模型

Table 3. Calculation model for Ⅰ₁ classification site

土层序号	土层描述	非线性特性土样编号	土层深度/m	层厚/m	波速V_s/m·s⁻¹	密度/kg·m⁻³
1	密实的细砂	S-26B	0.0～5.0	5.0	240	1 900
2	密实至非常密实的细砂	S-26B	5.0～10.0	5.0	273	2 000
3	中密至密实的粉土质细砂	S-41A	10.0～15.0	5.0	298	1 970
4	硬至非常硬的粉质黏土	S-41A	15.0～20.0	5.0	395	2 000
5	密实至非常密实的细砂至中砂	S-53	20.0～25.0	5.0	416	1 920
6	硬至非常硬的粉质黏土	S-55C	25.0～30.0	5.0	468	2 045
7	密实的细砂至粗砂	S-57	30.0～35.0	5.0	478	2054
8	非常密实的细砂至粗砂	S-57	35.0～40.0	5.0	490	2 000
9	计算基底	—	40.0	—	500	2 000

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4a Ⅰ₁类场地峰值加速度放大系数

4a. Amplification coefficient of peak acceleration for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
	50			100			150
	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3
0.25	1.39	1.55	1.33	1.35	1.43	1.25	1.24	1.34	1.26
0.30	1.39	1.32	1.43	1.26	1.30	1.37	1.33	1.27	1.30
0.35	1.58	1.44	1.35	1.37	1.44	1.41	1.27	1.27	1.27
0.40	1.47	1.62	1.41	1.33	1.39	1.28	1.35	1.24	1.35
0.45	1.36	1.31	1.39	1.33	1.35	1.49	1.35	1.43	1.33
0.55	1.45	1.45	1.36	1.26	1.35	1.32	1.48	1.32	1.37
0.65	1.34	1.44	1.44	1.32	1.48	1.40	1.35	1.35	1.35

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4b Ⅰ₁类场地峰值加速度放大系数

4b. Amplification coefficient of peak acceleration for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
	200			300			400
	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3	样本1	样本2	样本3
0.25	1.38	1.27	1.14	1.29	1.21	1.13	1.16	1.34	1.18
0.30	1.36	1.37	1.29	1.20	1.12	1.29	1.26	1.09	1.32
0.35	1.39	1.17	1.35	1.32	1.34	1.21	1.34	1.19	1.18
0.40	1.33	1.29	1.37	1.27	1.33	1.27	1.33	1.13	1.34
0.45	1.35	1.41	1.32	1.24	1.47	1.31	1.32	1.27	1.11
0.55	1.41	1.35	1.33	1.32	1.21	1.27	1.26	1.30	1.29
0.65	1.34	1.29	1.21	1.27	1.27	1.29	1.27	1.26	1.26

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表 5 不同类别场地峰值加速度放大系数

Table 5. Statistical charts of peak acceleration amplification coefficient for different classification sites

场地类别		峰值加速度/gal
场地类别		50	100	150	200	300	400
Ⅰ₁	变化范围	1.31～1.62	1.25～1.49	1.24～1.48	1.14～1.41	1.12～1.47	1.09～1.34
Ⅰ₁	均值	1.42	1.36	1.32	1.32	1.27	1.25
Ⅱ	变化范围	1.22～1.60	1.05～1.35	1.06～1.52	1.06～1.36	1.08～1.34	1.03～1.31
Ⅱ	均值	1.38	1.23	1.20	1.23	1.19	1.18
Ⅲ	变化范围	1.12～1.49	1.10～1.43	0.98～1.30	0.91～1.24	0.79～1.18	0.74～1.04
Ⅲ	均值	1.26	1.21	1.13	1.05	0.92	0.91
Ⅳ	变化范围	1.05～1.41	0.99～1.47	0.87～1.25	0.84～1.31	0.65～1.03	0.53～1.10
Ⅳ	均值	1.25	1.19	1.07	1.03	0.85	0.82
Ⅴ	变化范围	1.05～1.37	0.97～1.47	0.81～1.20	0.80～1.11	0.61～1.07	0.5～1.03
Ⅴ	均值	1.24	1.18	1.07	0.98	0.75	0.70

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表 6 Ⅰ₁类场地反应谱特征周期

Table 6. Characteristic period of acceleration response spectrum for Ⅰ₁ classification site

特征周期/s	峰值加速度/gal
特征周期/s	50	100	150	200	300	400
0.25	0.30	0.30	0.30	0.30	0.35	0.35
0.30	0.35	0.35	0.35	0.35	0.40	0.40
0.35	0.40	0.40	0.40	0.40	0.45	0.45
0.40	0.45	0.45	0.45	0.45	0.45	0.50
0.45	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50	0.55
0.55	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60	0.65
0.65	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.75

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表 7 不同类别场地地表反应谱特征周期

Table 7. Characteristic period of acceleration response spectrum for different classification sites

输入地震动特征周期/s		场地类别
输入地震动特征周期/s		Ⅰ₁	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
0.25	变化范围	0.30～0.35	0.30～0.35	0.35～0.40	0.45～0.55	0.40～0.90
0.25	均值	0.32	0.34	0.37	0.51	0.63
0.30	变化范围	0.35～0.40	0.35～0.45	0.40～0.50	0.50～0.60	0.50～1.00
0.30	均值	0.37	0.41	0.47	0.57	0.74
0.35	变化范围	0.40～0.45	0.40～0.50	0.45～0.60	0.55～0.70	0.55～1.10
0.35	均值	0.42	0.46	0.52	0.62	0.79
0.40	变化范围	0.45～0.50	0.45～0.55	0.50～0.65	0.65～0.75	0.65～1.20
0.40	均值	0.46	0.51	0.61	0.72	0.85
0.45	变化范围	0.50～0.55	0.50～0.60	0.55～0.75	0.70～0.90	0.70～1.30
0.45	均值	0.51	0.55	0.64	0.81	0.88
0.55	变化范围	0.60～0.65	0.60～0.70	0.65～0.90	0.80～0.90	0.80～1.50
0.55	均值	0.61	0.65	0.74	0.86	0.95
0.65	变化范围	0.70～0.75	0.70～0.80	0.75～1.00	0.90～1.10	0.90～1.80
0.65	均值	0.71	0.75	0.86	0.98	1.2

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参考文献(11)

[1]	李小军, 2006. 海域工程场地地震安全性评价的特殊问题. 震灾防御技术, 1(2): 97—104. doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2006.02.002 Li X. J., 2006. Special problems on evaluation of seismic safety for offshore engineering site. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 1(2): 97—104. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2006.02.002
[2]	李小军, 陈苏, 任治坤等, 2020. 海域地震区划关键技术研究项目及研究进展. 地震科学进展, 50(1): 2—19. doi: 10.3969/j.issn.2096-7780.2020.01.001 Li X. J., Chen S., Ren Z. K., et al., 2020. Project plan and research progress on key technologies of seismic zoning in sea areas. Progress in Earthquake Sciences, 50(1): 2—19. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2096-7780.2020.01.001
[3]	李小军, 陈苏, 彭艳菊等, 2021. 海域地震动传播规律及场地影响模型研究. 北京: 中国地震局地球物理研究所.
[4]	陆鸣, 王笃国, 李峰等, 2003. 陆丰13-2ODP平台工程场址及管线路由地震危险性分析. 北京: 中国地震局地震工程研究中心.
[5]	陆鸣, 王笃国, 李峰等, 2005. 西江23-1油田工程场址地震危险性分析报告. 北京: 中国地震局地震工程研究中心.
[6]	潘华, 陈国兴, 孙田, 2011. 原状海洋土动泊松比的试验研究. 岩土力学, 32(S1): 346—350. Pan H., Chen G. X., Sun T., 2011. Experimental research on dynamic Poisson’s ratio of undisturbed marine soil. Rock and Soil Mechanics, 32(S1): 346—350. (in Chinese)
[7]	荣棉水, 李小军, 2014. 渤海海域软表层土的动力特性. 哈尔滨工程大学学报, 35(7): 833—838. Rong M. S., Li X. J., 2014. The dynamic characteristics of soft topsoil in the Bohai sea area. Journal of Harbin Engineering University, 35(7): 833—838. (in Chinese)
[8]	孙田, 陈国兴, 周恩全等, 2013. 琼州海峡100 m以浅海洋土动剪切模量比和阻尼比试验研究. 岩土工程学报, 35(S2): 375—382. Sun T., Chen G. X., Zhou E. Q., et al., 2013. Experimental study on dynamic shear modulus ratio and damping ratio of marine soils in Qiongzhou strait with depth less than 100 m. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 35(S2): 375—382. (in Chinese)
[9]	王炳辉, 陈国兴, 王晶华, 2007. 宁波近海沉积土动力特性的试验研究. 自然灾害学报, 16(4): 55—60. doi: 10.3969/j.issn.1004-4574.2007.04.009 Wang B. H., Chen G. X., Wang J. H., 2007. Experimental study on dynamic characteristics of Ningbo’s offshore sediment soils. Journal of Natural Disasters, 16(4): 55—60. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-4574.2007.04.009
[10]	Hu J. J., Tan J. Y., Zhao, J. X., 2020. New GMPEs for the Sagami bay region in Japan for moderate magnitude events with emphasis on differences on site amplifications at the seafloor and land seismic stations of K-NET. Bull. Bulletin of the Seismological Society of America, 110(5): 2577—2597. doi: 10.1785/0120190305
[11]	Idriss I. M., 1992. A computer program for conducting equivalent linear seismic response analysis of horizontally layered soil deposits modified based on the original SHAKE program published in December 1972 by Schnabel, Lysmer and Seed. Shake.

施引文献

期刊类型引用(3)

1.	张肖，张合，云萌，汪飞. 雄安新区剪切波速剖面V_(S30)估算模型研究. 震灾防御技术. 2022(02): 401-408 . 本站查看
2.	田浩，胡进军，谭景阳，崔鑫，石昊. 基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究. 震灾防御技术. 2022(02): 360-371 . 本站查看
3.	黄朝龙，陈少林，沈吉荣，张丽芳. 基于流固耦合统一计算框架的三维大规模海域场地地震反应分析——以东京湾为例. 震灾防御技术. 2022(03): 420-430 . 本站查看

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引言
1. 地震动输入确定
2. 计算模型
2.1 实测钻孔计算模型
2.2 人工构造钻孔计算模型
3. 计算方法
4. 结果分析
4.1 地震动峰值加速度放大系数变化规律
4.2 地表反应谱特征周期变化规律
5. 结论

海域不同类别场地地震动参数变化规律研究

doi: 10.11899/zzfy20210112

作者简介: 王笃国，男，生于1979年。博士，正高级工程师。主要从事岩土工程与地震工程的科研工作。E-mail：wangduguo@163.com

计量

出版历程

Study on the Change of Earthquake Ground Motion Parameters for Different Classification Sites of Ocean Areas