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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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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