地震问题中的场地影响及工程应用-中国地震局

工程场地地震安全性评价————工程场地地震影响评价赵凤新中国地震灾害防御中心安评工作基本要求了解对工程和抗震设防等方面的要求确定工程对安评提供结果的要求确定安评工作等级确定需要提供的地震动参数和概率水平工作涉及的范围安评工作基本要求特定工程：特定的设防地震动参数要求一般房屋设计加速度+标准反应谱超高层房屋长周期反应谱(a,v,d)储液罐长周期反应谱(a,v,d)地下管线相对变形（v）特大跨桥长周期反应谱+桥墩相对运动重要工程时程a(t)，多阻尼，地震动场地震动参数确定安评工作基本要求特定工程：特定的设防概率水平要求房屋建筑50年63%、10%、2-3%地下管线50年10%、2-3%特大跨桥50、100年63%、10%、2-3%核电站年10-4概率水平确定工程场地地震安全性评价工程场地地震影响评价震源地震波传播场地土层区（局部）基岩区（区域地质）地表及基岩地形工程场地地震影响涉及的主要问题解决的问题：地震动及工程特性与作用场地条件对地震动及地震地质灾害影响影响地震动及地震地质灾害的因素地震、地质环境：震源特性区域地质条件：地壳介质对地震动的影响空间上缓慢变化局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层对地震动的影响空间上显著变化小区划的关键因素小区划差不多是场地影响区划工程地震部分的主要问题区域地质条件对地震波的传播的影响地震动衰减问题局部场地条件对地震波传播的影响场地地震反应分析问题场地设计地震动参数工程场地地震地质灾害主要内容1.地震动的工程特性分析基础性工作2.地震动衰减关系确定3.场地地震工程地质条件勘测4.区域性地震区划5.场地地震动参数确定6.地震地质灾害评价结果性工作7.地震小区划8.地震动峰值加速度复核9.不同安评工作之间的关系主要内容1.地震动的工程特性分析2.地震动衰减关系确定3.场地地震工程地质条件勘测4.区域性地震区划5.场地地震动参数确定6.地震地质灾害评价7.地震小区划8.地震动峰值加速度复核9.不同安评工作之间的关系地震动的工程特性分析地震动加速度过程1940.05.18美国ElCentro,M=7,Δ=10km位移010203040time(S)地震动的工程特性分析地震动加速度过程地震动的工程特性分析地震动参数•地震动加速度时程a(t)一次地震时，地震动加速度随时间变化的过程•地震烈度•地震动三要素地震动峰值（加速度、速度、位移）谱（反应谱、富氏谱、功率谱等）持续时间地震动的工程特性分析地震烈度•地震烈度的用途：1.震害轻重的简单估计2.地震影响的宏观描述3.设计地震动参数的间接表示•地震烈度的特点1.多指标的综合2.宏观分级3.以结果表示原因地震动的工程特性分析地震动三要素的认识过程峰值——频谱——持时峰值：20世纪初F=ma频谱：50年代震害经验，强震记录持时：70年代，重大工程采用时程地震动的工程特性分析地震动峰值•绝对峰值•有效峰值t,秒a/g0a/g加速度时程包络函数地震动加速度时程a(t)地震动的工程特性分析地震动持时•强度包络函数•地震动总持时•地震动强震持时（如1/2持时）•绝对持时•相对持时t,秒a/g0a/g加速度时程包络函数地震动加速度时程a(t)地震动的工程特性分析地震动反应谱定义：具有同一阻尼比的一系列单自由度体系在同一地震动输入下的反应的绝对最大值与单自由度体系自振周期的关系，即为这一地震动的反应谱2个参数：周期、阻尼比3个谱量：加速度、相对速度、相对位移反应谱02468101214161820-0.15-0.10-0.050.000.050.100.1502468101214161820-0.15-0.10-0.050.000.050.100.150.010.1110110100T(sec)Sa(T)(gal)地震动的工程特性分析地震动反应谱•地震动---形状极不规则地震动反应谱----地震动的频谱成分变化但丢失了相位信息02468101214161820-0.15-0.10-0.050.000.050.100.1502468101214161820-0.15-0.10-0.050.000.050.100.150.010.1110110100T(sec)Sa(T)(gal)地震动的工程特性分析地震动反应谱地震动反应谱的重要性•反映了地震动的频谱特性•直接给出了不同结构的最大反应•结构抗震设计规范中普遍采用的规定地震动的工程特性分析地震动反应谱•地震动反应谱与地震动峰值的关系•加速度反应谱（极）高频处的值趋近地震动峰值加速度•加速度反应谱中频段的值与地震动峰值速度有关•加速度反应谱低频段的值与地震动峰值位移有关0.110.1T(sec)Sa(T)(Gal)地震动的工程特性分析地震动反应谱0.111101001000T(sec)Sa(T)(Gal)地震动的工程特性分析影响反应谱的因素•地震大小•地震远近•地震的其他特性（如破裂方向，等等）•场地条件，如土层软硬与厚薄，盆地等•局部地形地震动的工程特性分析地震烈度与地震动参数关系地震烈度(I)换算地震动加速度amaxI=VIVIIVIIIIXXamax=0.050.10.20.40.8或0.06250.1250.250.51.0地震动的工程特性分析地震烈度与地震动参数关系地震烈度与地震动参数的关系离散性很大，同一烈度对应的地震动参数实测值可能相差10倍以上主要内容1.地震动的工程特性分析2.地震动衰减关系确定3.场地地震工程地质条件勘测4.区域性地震区划5.场地地震动参数确定6.地震地质灾害评价7.地震小区划8.地震动峰值加速度复核9.不同安评工作之间的关系地震动衰减关系确定收集强震动观测资料和地震烈度资料空间范围地震烈度和强震动资料的收集原则与内容基岩地震动衰减模型建立基岩地震动衰减关系选取与适用性分析地震动衰减关系的统计回归缺乏强震动观测资料地区的地震动衰减关系确定的原则与方法地震烈度衰减关系选择原则与方法。关键内容地震动衰减关系确定影响地震动的参数Y(M,R,G)=OPGO：震源影响---震级M,断层面P：地震波传播影响---距离R能量吸收;几何扩散;反射、折射、分散G：场地影响---近地表地质条件G土层与地形地震动衰减关系确定衰减关系形式lnY=C0+C1M-C2M2-C3ln[R+R0]-C4R+C7g其中R0=C5exp(C6M)Y=地震动的某一参数，如：加速度，或某一周期处的反应谱值，或地震烈度Ci(i=1,...,7)=回归系数g=0岩石,1土层------场地影响往往单独考虑地震动衰减关系确定衰减关系各项的含义lnY=C0+C1M-C2M2-C3ln[R+R0]-C4R•C0+C1M项：震源影响•C2M2和R0=C5exp(C6M)项：大地震震中附近高频地震动的饱和M≥7or7.5，≤10-20km•C3ln[R+R0]项：几何衰减•C4R项：非弹性耗能•后两项往往合并考虑地震动衰减关系确定衰减模型•点圆衰减•椭圆衰减•断层距衰减地震动衰减关系确定衰减关系给出•区域性•有记录地区：利用丰富的地震记录资料统计•缺乏和无记录地区类比、转换地震动衰减关系确定衰减关系转换从B区转换到A区已知:IA=fA(MA,RA)A区烈度衰减关系IB=fB(MB,RB)B区烈度衰减关系lnYB=FB(MB,RB)B区地震动衰减关系导出：地震动数据YA(MA,RA)求:lnYA=FA(MA,RA)A区地震动衰减关系地震动衰减关系确定衰减关系选择•了解不同关系的特点、背景•针对工程特点•考虑工程场地区域性•小震、大震？近震、远震？•各地震动参数关系之间的匹配与协调合成地震动•长短轴关系，近、远场值的协调•所使用关系的适用性论证•尽量不使用土层场地的关系地震动衰减关系确定衰减关系选择•长短轴关系，近、远场值的协调•所使用关系的适用性论证•是否能反映本地的地震地质和地震活动性特征(大震或小震影响、近场或远场影响等)，是否能针对工程的结构特性，论证所采用地震动观测资料的长周期可靠性。•与常用的衰减关系和本区其它衰减关系进行对比，并对所获得的衰减关系的特点进行说明。•将地震动衰减关系与收集的区域和邻区强震动观测资料进行对比，论述所选用的衰减关系是否适用于本区主要内容1.地震动的工程特性分析2.地震动衰减关系确定3.场地地震工程地质条件勘测4.区域性地震区划5.场地地震动参数确定6.地震地质灾害评价7.地震小区划8.地震动峰值加速度复核9.不同安评工作之间的关系场地地震工程地质条件指对场地地震效应产生影响的场地条件，大致包括场地内及附近地区的工程地质、水文地质、地形地貌、地质构造条件及场地土体物理与力学特性等。场地地震工程地质条件勘测勘测目的确定工程场地条件为场地地震反应分析提供场地相关资料为地震地质灾害评价提供场地相关资料主要工作收集、整理和分析相关的工程地质、水文地质、地形地貌和地质构造资料场地工程地质条件调查、钻探及原位和室内测试收集、整理和分析场地及附近范围的历史地震地震地质灾害相关资料以及开展相关场地条件勘测目的与主要工作场地地震工程地质条件勘测场地地震工程地质条件勘测（一）场地勘测确定场地勘查范围场地勘查相关资料收集、整理和分析要求场地勘测中需要确定的土层物理力学参数场地勘测钻孔的布设要求对场地钻探、取样、现场波速测试的要求关键内容场地岩土力学性能测定内容岩土剪切波速测量的方法土动力试验的测试要求和内容土动力试验方法和适用范围考虑竖向地震反应时力学性能测定的工作要求与内容关键内容场地地震工程地质条件勘测（二）地震地质灾害的场地勘查地基土液化场地勘查内容和要求崩塌、滑坡、地裂缝和泥石流的勘查内容和要求地表断层影响分析所需的资料内容关键内容场地地震工程地质条件勘测勘测范围I、II级工作，场地范围可取其建设工程所覆盖的范围；小区划工作，场地范围可取区划所覆盖的范围钻孔布设Ⅰ级工作钻孔布置应能控制工程场地的工程地质条件，控制孔应不少于3个Ⅱ级工作钻孔布置应能控制工程场地的工程地质条件，控制孔应不少于2个地震小区划钻孔布置应能控制土层结构和工程场地内不同工程地质单元，每个工程地质单元内应至少有1个控制孔勘测范围与钻孔布设场地地震工程地质条件勘测Ⅰ级工作控制孔深度达到基岩或剪切波速不小于700m/s层位Ⅱ级工作和地震小区划控制孔应达到基岩或剪切波速不小于500m/s处，若控制孔深度超过100m时，剪切波速仍小于500m/s，可终孔，应进行专门研究。钻孔深度要求场地地震工程地质条件勘测场地剖面土层描述土层分层、土性、横向变化场地测试S波波速、P波波速、标贯数土动力、静力实验动三轴、共振柱实验确定动模量和等效阻尼比随应变幅值变化关系，土密度可能液化场地，地下水位，标贯及粘粒含量应编制钻孔分布图及柱状图地震小区划应编制工程地质分区图勘测物理与力学参数场地地震工程地质条件勘测现场原位波速测量，试验室波速测量（海洋工程）测试方法：检层法（单孔法）交孔法（双孔法）表面波法（无孔法）波速测试方法场地地震工程地质条件勘测波速测试要求与方法场地地震工程地质条件勘测测定：G/G0——曲线，——曲线共振柱试验，10-6-10-4应变范围动三轴试验，10-4-10-3应变范围空心扭剪试验（*）土体动力性能测定要求与方法场地地震工程地质条件勘测土体动力性能测定结果场地地震工程地质条件勘测考虑竖向地震反应时力学性能测定的工作要求与内容需要参数：与水平向相比，需要增加压缩波速。计算公式：剪切模量压缩模量伯松比剪应变正应变GE21)1(2SPVV)1(2GE)1(主要内容1.地震动的工程特性分析2.地震动衰减关系确定3.场地地震工程地质条件勘测4.区域性地震区划5.场地地震动参数确定6.地震地质灾害评价7.地震小区划8.地震动峰值加速度复核9.不同安评工作之间的关系区域性地震区划区域性地震区划的工作目标和适用范围区域性地震区划工作的要点区域性地震区划图的参数和概率水平区域性地震区划计算