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考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法

閱讀：263發(fā)布：2020-05-12

專利匯可以提供考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 提供一種考慮介質(zhì)對 地震 波 吸收衰減的地 震中 場地反應(yīng)計算方法，涉及地震工程和巖土工程領(lǐng)域。包括：選取有類似構(gòu)造的研究區(qū)，搜集所有基巖場地 水 平向地震記錄；計算基巖場地水平向傅里葉幅值譜；計算基巖場地水平方向 震源 頻譜 和 地震波 傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)；將研究場地假設(shè)為基巖場地并計算其基巖振動頻譜；計算研究場地在地震中的水平向場地反應(yīng)。本發(fā)明提供的一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，充分考慮地震波傳播介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用，改進現(xiàn)有普比法，使其能夠適用于地質(zhì)構(gòu)造類似、計算得到的場地反應(yīng)與參考場選擇無關(guān)的情況，為地質(zhì)等工程選址提供準確依據(jù)，降低地震中不良場地地質(zhì)條件對工程的損害。，下面是考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：選取有類似構(gòu)造的研究區(qū)，搜集所有基巖場地水平向地震記錄，即基巖場地東西向和南北向地震記錄；
步驟2：用窗寬為20s的時間窗提取基巖場地剪切波，并對提取到的剪切波做傅里葉變換，從而獲得基巖場地東西向和南北向傅里葉幅值譜；
步驟3：采用如下公式計算兩兩基巖場地水平方向震源頻譜Aa和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μa(f)：
其中，Aa(f)為震源發(fā)出的頻率為f的剪切地震波頻譜，μa(f)為在剪切波頻率f下基巖的吸收因子，A1(f)為在剪切波頻率f下基巖場地1記錄到的地震波頻譜，A2(f)為在剪切波頻率f下基巖場地2記錄到的地震波頻譜，r1為基巖場地1的震源距，r2為基巖場地2的震源距；
步驟4：分別計算所有相同剪切波頻率下的水平向震源頻譜和吸收衰減系數(shù)的平均值作為基巖場地水平方向震源頻譜A0和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μ(f)；
步驟5：將研究場地假設(shè)為基巖場地，采用如下公式計算研究場地的水平向基巖振動頻譜：
其中，A(f)為假設(shè)研究場地為基巖場地所能接收到的頻率為f的水平向剪切地震波頻譜，r為研究場地的震源距；
步驟6：根據(jù)研究場地的地震記錄頻譜Oi(f)，采用如下公式計算該場地在地震中的水平向場地反應(yīng)：
其中，Gi(f)為研究場地臺站在某次地震中的場地反應(yīng)，Oi(f)為研究場地臺站的地震記錄頻譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，其特征在于，所述步驟2中獲取傅里葉幅值譜時，從地震波P波到達一段時間后開始取值，同時，取值的時段長度以使選取到的地震波中直達波成分趨于全部為原則。

說明書全文

考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及地震工程和巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法。

背景技術(shù)

[0002] 很多已發(fā)生的地震顯示，不良場地條件會導(dǎo)致震害加劇，由此可知，工程場地的局部地質(zhì)條件對地震動有明顯的放大作用。目前估計工程場地對地震動的放大作用最常用的方法是譜比法。譜比法的原理是：假定基巖場地的地震反應(yīng)是常數(shù)，以基巖場地為參考場，把研究的工程場地的地震動與參考場的地震動比較就可以得出工程場地的場地反應(yīng)(渭河盆地中土層場地對地震動的放大作用[J].王海云.地球物理學(xué)報，2011，54(1)：137-150.)。
[0003] 由于目前譜比法只考慮了地震波傳播路徑的幾何衰減效應(yīng)，忽略了介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用(渭河盆地中土層場地對地震動的放大作用[J].王海云.地球物理學(xué)報，2011，54(1)：137-150.)，造成了當參考場震源距小于研究場震源距時，目前譜比法低估了場地反應(yīng)，且兩者震源距相差越大，低估的程度越大；當參考場震源距大于研究場震源距時，目前譜比法高估了場地反應(yīng)，且兩者震中距相差越大，高估的程度越大；所以其計算結(jié)果依賴參考場的選擇。因此，目前譜比法只適用于研究場地和參考場地構(gòu)造類似，且震源距相差不大的情況。但當兩場地的震源距相差較大時，傳播介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用對場地反應(yīng)的估計結(jié)果是不可以忽略的，這就需要對目前譜比法進行改進。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，針對忽略地震波傳播介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用對計算場地反應(yīng)的影響進行討論，對目前譜比法進行改進，提出考慮地殼介質(zhì)對地震波吸收衰減的場地反應(yīng)計算方法，充分考慮地震波傳播介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用，使普比法能夠適用于地質(zhì)構(gòu)造類似、計算得到的場地反應(yīng)與參考場選擇無關(guān)的情況，為地質(zhì)等工程選址提供準確依據(jù)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1：選取有類似構(gòu)造的研究區(qū)，搜集所有基巖場地水平向地震記錄，即基巖場地東西向和南北向地震記錄；
[0007] 步驟2：用窗寬為20s的時間窗提取基巖場地剪切波，并對提取到的剪切波做傅里葉變換，從而獲得基巖場地東西向和南北向傅里葉幅值譜；
[0008] 步驟3：采用如下公式計算兩兩基巖場地水平方向震源頻譜Aa和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μa(f)：
[0009]
[0010]
[0011] 其中，Aa(f)為震源發(fā)出的頻率為f的剪切地震波頻譜，μa(f)為在剪切波頻率f下基巖的吸收因子，A1(f)為在剪切波頻率f下基巖場地1記錄到的地震波頻譜，A2(f)為在剪切波頻率f下基巖場地2記錄到的地震波頻譜，r1為基巖場地1的震源距，r2為基巖場地2的震源距；
[0012] 步驟4：分別計算所有相同剪切波頻率下的水平向震源頻譜和吸收衰減系數(shù)的平均值作為基巖場地水平方向震源頻譜A0和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μ(f)；
[0013] 步驟5：將研究場地假設(shè)為基巖場地，采用如下公式計算研究場地的水平向基巖振動頻譜：
[0014]
[0015] 其中，A(f)為假設(shè)研究場地為基巖場地所能接收到的頻率為f的水平向剪切地震波頻譜，r為研究場地的震源距；
[0016] 步驟6：根據(jù)研究場地的地震記錄頻譜Oi(f)，采用如下公式計算該場地在地震中的水平向場地反應(yīng)：
[0017]
[0018] 其中，Gi(f)為研究場地臺站在某次地震中的場地反應(yīng)，Oi(f)為研究場地臺站的地震記錄頻譜。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟2中獲取傅里葉幅值譜時，從地震波P波到達一段時間后開始取值，同時，取值的時段長度以使選取到的地震波中直達波成分趨于全部為原則。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 本發(fā)明提出一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，充分考慮地震波傳播介質(zhì)對地震波的吸收衰減作用，對現(xiàn)有普比法進行改進，使其能夠適用于地質(zhì)構(gòu)造類似、計算得到的場地反應(yīng)與參考場選擇無關(guān)的情況，為地質(zhì)等工程選址提供準確依據(jù)，降低地震中不良場地地質(zhì)條件對工程的損害。附圖說明
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例中考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法的流程圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明實施例中WH盆地各地震臺站分布情況示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明實施例中分別以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法和用改進譜比法計算得到的各臺站水平向的場地反應(yīng)曲線圖；
[0025] 其中，(a1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CHENC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(a2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CHENC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(a3)為用改進譜比法計算得到的CHENC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(a4)為用改進譜比法計算得到的CHENC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(b1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIANY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(b2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIANY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(b3)為用改進譜比法計算得到的QIANY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(b4)為用改進譜比法計算得到的QIANY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(c1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的FENGX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(c2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的FENGX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(c3)為用改進譜比法計算得到的FENGX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(c4)為用改進譜比法計算得到的FENGX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(d1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LONGX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(d2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LONGX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(d3)為用改進譜比法計算得到的LONGX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(d4)為用改進譜比法計算得到的LONGX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(e1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的ZHOUZ臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(e2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的ZHOUZ臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(e3)為用改進譜比法計算得到的ZHOUZ臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(e4)為用改進譜比法計算得到的ZHOUZ臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(f1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIS臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(f2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIS臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；
(f3)為用改進譜比法計算得到的QIS臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(f4)為用改進譜比法計算得到的QIS臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(g1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的YANGL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(g2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的YANGL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(g3)為用改進譜比法計算得到的YANGL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(g4)為用改進譜比法計算得到的YANGL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(h1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(h2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(h3)為用改進譜比法計算得到的HUX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(h4)為用改進譜比法計算得到的HUX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(i1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIANL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；
(i2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的QIANL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(i3)為用改進譜比法計算得到的QIANL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(i4)為用改進譜比法計算得到的QIANL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(j1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的XIANY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(j2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的XIANY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(j3)為用改進譜比法計算得到的XIANY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(j4)為用改進譜比法計算得到的XIANY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(k1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的XIA臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(k2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的XIA臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(k3)為用改進譜比法計算得到的XIA臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(k4)為用改進譜比法計算得到的XIA臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(11)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CAOT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(l2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CAOT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(l3)為用改進譜比法計算得到的CAOT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；
(l4)為用改進譜比法計算得到的CAOT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(m1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的JINGY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(m2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的JINGY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；
(m3)為用改進譜比法計算得到的JINGY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(m4)為用改進譜比法計算得到的JINGY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(n1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LINT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(n2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LINT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(n3)為用改進譜比法計算得到的LINT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(n4)為用改進譜比法計算得到的LINT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(o1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LANT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(o2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LANT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(o3)為用改進譜比法計算得到的LANT臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(o4)為用改進譜比法計算得到的LANT臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(p1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的GAOL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(p2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的GAOL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(p3)為用改進譜比法計算得到的GAOL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(p4)為用改進譜比法計算得到的GAOL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(q1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的YANL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(q2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的YANL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(q3)為用改進譜比法計算得到的YANL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(q4)為用改進譜比法計算得到的YANL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(r1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的WEIN臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(r2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的WEIN臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(r3)為用改進譜比法計算得到的WEIN臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(r4)為用改進譜比法計算得到的WEIN臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(s1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LIND臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(s2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的LIND臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(s3)為用改進譜比法計算得到的LIND臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；
(s4)為用改進譜比法計算得到的LIND臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(t1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUAX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(t2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUAX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；
(t3)為用改進譜比法計算得到的HUAX臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(t4)為用改進譜比法計算得到的HUAX臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(u1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的PUC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(u2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的PUC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(u3)為用改進譜比法計算得到的PUC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(u4)為用改進譜比法計算得到的PUC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(v1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUAY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(v2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HUAY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(v3)為用改進譜比法計算得到的HUAY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(v4)為用改進譜比法計算得到的HUAY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(w1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的DAL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(w2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的DAL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；
(w3)為用改進譜比法計算得到的DAL臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(w4)為用改進譜比法計算得到的DAL臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(x1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HEY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(x2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HEY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(x3)為用改進譜比法計算得到的HEY臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(x4)為用改進譜比法計算得到的HEY臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(y1)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(y2)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；(y3)為用改進譜比法計算得到的HANC臺站東西向的場地反應(yīng)曲線圖；(y4)為用改進譜比法計算得到的HANC臺站南北向的場地反應(yīng)曲線圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例中分別以CHANGA臺站和TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的另一臺站水平向場地反應(yīng)曲線圖；
[0027] 其中，(a)為以CHANGA臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的TANGY臺站東西向場地反應(yīng)曲線圖；(b)為以CHANGA臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的TANGY臺站南北向場地反應(yīng)曲線圖；(c)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CHANGA臺站東西向場地反應(yīng)曲線圖；(d)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的CHANGA臺站南北向場地反應(yīng)曲線圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明實施例中分別以CHANGA臺站和TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站水平向的場地反應(yīng)曲線圖；
[0029] 其中，(a)為以CHANGA臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站東西向場地反應(yīng)曲線圖；(b)為以CHANGA臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站南北向場地反應(yīng)曲線圖；(c)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站東西向場地反應(yīng)曲線圖；(d)為以TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站南北向場地反應(yīng)曲線圖。

具體實施方式

[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)勢更加清晰，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031] 一種考慮介質(zhì)對地震波吸收衰減的地震中場地反應(yīng)計算方法，流程如圖1所示，具體包括以下步驟：
[0032] 步驟1：選取有類似構(gòu)造的研究區(qū)，搜集所有基巖場地水平向地震記錄，即基巖場地東西向和南北向地震記錄。
[0033] 步驟2：用窗寬為20s的時間窗提取基巖場地剪切波，并對提取到的剪切波做傅里葉變換，從而獲得基巖場地東西向和南北向傅里葉幅值譜。
[0034] 所述獲取傅里葉幅值譜時，為了提高所提取的地震信號的信噪比，從地震波P波到達2s后開始取值，同時，為了減小地震波疊加和干涉等作用的影響，取值的時段為20s，使選取到的地震波中直達波成分盡可能的多。
[0035] 步驟3：采用公式(1)和(2)分別計算兩兩基巖場地水平方向震源頻譜Aa和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μa(f)：
[0036]
[0037]
[0038] 其中，Aa(f)為震源發(fā)出的頻率為f的剪切地震波頻譜，μa(f)為在剪切波頻率f下基巖的吸收因子，A1(f)為在剪切波頻率f下基巖場地1記錄到的地震波頻譜，A2(f)為在剪切波頻率f下基巖場地2記錄到的地震波頻譜，r1為基巖場地1的震源距，r2為基巖場地2的震源距。步驟4：分別計算所有相同剪切波頻率下的水平向震源頻譜和吸收衰減系數(shù)的平均值作為基巖場地水平方向震源頻譜A0和地震波傳播介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μ(f)。
[0039] 步驟5：將研究場地假設(shè)為基巖場地，采用公式(3)計算研究場地的水平向基巖振動振幅：
[0040]
[0041] 其中，A(f)為假設(shè)研究場地為基巖場地所能接收到的頻率為f的水平向剪切地震波頻譜，r為研究場地的震源距。
[0042] 步驟6：根據(jù)研究場地的地震記錄頻譜Oi(f)，采用公式(4)計算該場地在地震中的水平向場地反應(yīng)：
[0043]
[0044] 其中，Gi(f)為研究場地臺站在某次地震中的場地反應(yīng)，Oi(f)為研究場地臺站的地震記錄頻譜。
[0045] 本實施例中，選取2008年某地地震時WH盆地內(nèi)各臺站的場地反應(yīng)情況為研究對象，對比目前普比法和改進普比法。
[0046] WH盆地位于中國SX省中部，北鄰ERDS臺地、南接QL、西與ERDS西南斷裂系相連、東靠SXTT，該盆地屬于新生代斷陷地塹。WH盆地東西長360km，東寬西窄，其中東部跨度約70km，西部跨度約20km。盆地內(nèi)有斷塊山、斷塊臺塬和斷塊平原多種構(gòu)造存在。第四系沉積物在整個盆地內(nèi)分布廣泛，安置在WH盆地的27個地震臺記錄到了完整地震過程，各臺站分布情況如圖2所示，各地震臺站地區(qū)沉積物的厚度見表1。(渭河斷裂帶的構(gòu)造演化與地震活動[J].彭建兵.地震地質(zhì).1992，14(2)：113-120.)
[0047] 表1各臺站沉積物的厚度
[0048]臺站 覆蓋層厚/m 臺站 覆蓋層厚/m 臺站 覆蓋層厚/m
LONGX 無資料 QIANY 無資料 FENGY 100
CHENC 200 QIS 100 YANGL 700
TANGY 基巖 QIANL 10 HUX 800
ZHOUZ 100 XIANY 600 CAOT 700
CHANGA 基巖 XIA 1200 LANT 100
JINGY 600 GAOL 800 LINT 870
WEIN 1325 YANL 400 LIND 600
HUAX 800 PUC 200 HUAY 800
DAL 700 HEY 100 HANC 無資料
[0049] 在此次地震中，安置在WH盆地的27個地震臺的震源距數(shù)據(jù)如表2所示。
[0050] 表2各臺站的震源距
[0051] 臺站 震源距/km 臺站 震源距/km 臺站 震源距/kmLONGX 632.3008 QIANY 624.2361 FENGY 624.6356
CHENC 610.7986 QIS 647.5396 YANGL 647.5396
TANGY 634.6339 QIANL 694.3033 HUX 670.8053
ZHOUZ 646.7274 XIANY 694.4814 CAOT 715.2762
CHANGA 686.7332 XIA 701.1536 LANT 723.6655
JINGY 717.6278 GAOL 734.1718 LINT 723.6655
WEIN 762.0987 YANL 754.1421 LIND 767.3232
HUAX 779.2155 PUC 799.0924 HUAY 808.3851
DAL 814.4788 HEY 861.5680 HANC 900.0673
[0052] 由圖2、表2可知，TANGY臺站和CHANGA臺站同為基巖場地，TANGY臺站的震源距為625.09km，CHANGA臺站的震源距為686.73Km。對TANGY和CHANGA兩個基巖臺地震數(shù)據(jù)(限于篇幅，原始數(shù)據(jù)和傅里葉幅值略)應(yīng)用公式(1)和(2)，分別計算出WH盆地東西向和南北向的震源發(fā)出的地震波頻譜A0(f)和介質(zhì)對地震波的吸收衰減系數(shù)μ(f)，在此基礎(chǔ)上，用公式(3)計算研究場地的基巖幅值譜，把研究場地的基巖幅值譜帶入公式(4)計算得到研究場地在地震中的水平向場地反應(yīng)。上述計算結(jié)果稱之為相對基巖場地的場地反應(yīng)，也就是用改進譜比法得到的場地反應(yīng)。
[0053] 本實施例中，用目前譜比法和改進譜比法分別計算的CHENC、QIANY、FENGY、LONGX、ZHOUZ、QIS、YANGL、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JINGY、LINT、LANT、GAOL、YANL、WEIN、LIND、HUAX、PUC、HUAY、DAL、HEY和HANC(按震源距從小到大排列，見表2)場地反應(yīng)放大系數(shù)，其曲線圖如圖3所示。
[0054] 由圖3可以看出，CHANC、QIANY、FENGX和LONGX臺站的震源距都小于參考臺站TANGY臺站的震源距。相對于目前譜比法，用改進譜比法計算CHANC、QIANY和FENGX臺站的場地反應(yīng)放大倍數(shù)都低于用目前譜比法計算的結(jié)果，隨著三臺站的震源距逐漸接近參考臺站TANGY臺站，CHANC、QIANY和FENGX臺站用目前譜比法計算的結(jié)果不斷接近改進譜比法計算的結(jié)果，如圖3(a1)-(c4)所示；到了LONGX、ZHOUZ和QIS臺站，由于三者的震源距都接近TANGY臺站的震源距，用兩種方法計算結(jié)果也接近，如圖3(d1)-(f4)所示；從YANGL臺站開始、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JIANGY、LIINT、LANT、GAOL、YANL、WEIN、LIND、HUAX、PUC、HUAY、DAL、HEY和HANC各臺站的震源距依次增大，都大于參考臺站TANGY臺站的震源距，用改進譜比法模擬的場地反應(yīng)放大系數(shù)都大于目前譜比法計算結(jié)果，如圖3(g1)-(y4)所示，隨震源距增大，用改進譜比法計算的放大系數(shù)增大的趨勢明顯。到震源距最大的HANC臺站，用目前譜比法計算得到的放大倍數(shù)最大值為3，而用改進譜比法計算得到的放大倍數(shù)最大值已經(jīng)超過700。
[0055] HANC臺站用改進譜比法計算得到的場地反應(yīng)放大倍數(shù)超過700，與用目前譜比法計算得到的最大放大系數(shù)為3，兩者形成鮮明對比。其物理解釋是，HANC臺站的震源距超過900km，此臺站接收到的直達波已經(jīng)很弱，其面波成分占有很大比例，而面波正是引起場地反應(yīng)的主要原因。
[0056] 用改進譜比法計算的場地放大倍數(shù)大都在2Hz以下出現(xiàn)一個峰值，并且這些峰值多數(shù)是最大值。WH盆地土層厚度大都超過60m的中厚土層界限，很多地區(qū)土層超過200m深厚土層的界限，有的甚至達到1352m(見表1)。用目前譜比法計算場地放大倍數(shù)極值出現(xiàn)的頻率大都高于2Hz。如CHENC、QIANY、LONGX、ZHOUZ、QIS、YANGL、HUX、QIANL、XIANY、XIA、CAOT、JINGY、LANT、GAOL和WEIN臺，目前譜比法計算得到上述臺站或全部兩個水平方向，或一個水平方向的放大倍數(shù)極值出現(xiàn)的頻率都高于2Hz。覆蓋層的自振動頻率用公式 計算，其中，Vs為土層的剪切波速，H為土層厚度。巖土工程規(guī)定基巖的剪切波速為500m/s，所以土層的剪切波速一定小于這個數(shù)值。由于WH盆地土層厚度大都超過60m，這樣的土層場地反應(yīng)最大放大倍數(shù)應(yīng)該對應(yīng)頻率小于2Hz，用改進譜比法計算場地放大倍數(shù)大都在2Hz以下出現(xiàn)一個峰值，而用目前譜比法計算得到的放大倍數(shù)峰值對應(yīng)的頻率大都大于2Hz，說明改進譜比法計算結(jié)果更加合理。
[0057] 用改進譜比法計算場地放大倍數(shù)除峰值出現(xiàn)在小于2Hz的低頻區(qū)外，很多臺站在高頻區(qū)也有峰值反應(yīng)出現(xiàn)，但這些峰值一般不是最大值。比如，CHANC在6Hz、QIANY在7Hz、FENGX在8Hz、LONGX在8Hz、ZHOUZ在3.5Hz、QIS和YANGL臺在8Hz、QIANL、XIA、XIANY、HUAY、HAUX和PUC臺在6-8Hz、LANT、JINGY和LINT在6-7Hz、GAOL臺在7Hz附近的高頻區(qū)都出現(xiàn)場地反應(yīng)峰值，這可能與這些地區(qū)的覆蓋層存在亞層有關(guān)。
[0058] 由背景技術(shù)可知，當基巖場地的震源距小于研究場地的震源距時，目前譜比法低估了場地反應(yīng)，且兩者震中距相差越大，低估的程度越大；當基巖場地震源距大于研究場地震源距時，目前譜比法高估了場地反應(yīng)，且兩者震中距相差越大，高估的程度越大。
[0059] 本實施例中，分別以CHANGA臺站和TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的另一臺站水平向場地反應(yīng)如圖4所示，由圖4可以看出，當以CHANA臺站為參考臺站時，由于CHANGA臺站的震源距大于TANGY臺站的，TANGY臺站的場地反應(yīng)被高估，東西向的最大放大系數(shù)達到27，南北向的最大放大系數(shù)達到80；當以TANGY臺站為參考場地時，由于TANGY臺站的震源距小于CHANGA臺站的，CHANGA臺站的場地反應(yīng)被低估，東西向最大放大系數(shù)為0.7，南北向最大放大系數(shù)為0.4。以上結(jié)果說明目前譜比法計算結(jié)果依賴于參考臺站。分別以CHANGA臺站和TANGY臺站作為參考臺站用目前譜比法計算得到的HANC臺站水平向場地反應(yīng)如圖5所示。由表2可知，HANC臺站是此次地震中震源距最大的臺站(900.0673km)，參考臺站TANGY臺站和CHANGA臺站的震源距都小于HANC臺站，TANGY臺站的震源距最小。由于兩個參考臺站的震源距都小于HANC臺站，理論上，兩參考臺站估計HANC臺站場地反應(yīng)的結(jié)果都應(yīng)該偏低。由于TANGY臺站的震源距與HANC臺站的震源距差異比CHANGA臺站的大，所以，以TANGY臺站為參考場估計的結(jié)果相對更低。用目前譜比法實際計算結(jié)果是圖5中以TANGY臺站為參考場估計的最大放大倍數(shù)為2.8，以CHANGA臺站為參考場估計的最大放大系數(shù)則為
50，兩者的差異不可以忽略，因此，目前譜比法嚴重依賴參考場的選擇，其結(jié)果是存在較大誤差的，這種誤差甚至可以說成是錯誤，糾其原因即為沒有考慮地震波傳播過程中的吸收衰減作用。
[0060] 本發(fā)明提出的改進普比法的原理是把公式(3)(資源與工程地球物理勘探[M].李世峰等.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015，114-115.)應(yīng)用于兩兩基巖臺，得到公式(1)和(2)用于計算震源頻譜Aa和地震波介質(zhì)的吸收衰減系數(shù)μa(f)，然后假定研究的土層場地為基巖場地，用公式(3)計算該土層場地的基巖反應(yīng)，最后把該土層場地地震記錄譜與上述計算得到的基巖反應(yīng)比較，就得到研究場地在地震中的場地反應(yīng)。很明顯，用改進方法得到的場地反應(yīng)與參考場地選擇無關(guān)。
[0061] 綜上所述，改進譜比法計算結(jié)果比目前譜比法有更高的可信度，且目前譜比法適用于地質(zhì)構(gòu)造類似、研究場地和工程場地震源距相近的情況，而改進譜比法能夠適用于地質(zhì)構(gòu)造類似、研究場地和參考場地震源距任意的情況，有更廣泛的適用性。
[0062] 最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解；其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；因而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
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