近斷層脈沖型地震動的長周期效應(yīng)

李春鋒

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陜西省地震局，西安 710068

近斷層脈沖型地震動的長周期效應(yīng)

李春鋒1，2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）陜西省地震局，西安 710068

近斷層地區(qū)是地震破壞最嚴重的地區(qū)，而脈沖型地震動是近斷層地震動獨有的特征。速度脈沖可能對近斷層的長周期結(jié)構(gòu)有巨大的潛在破壞能力?；谶@種情況，本文選擇了近斷層脈沖型地震動的長周期地震動效應(yīng)作為研究對象，希望給近斷層長周期結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防帶來啟示。

（1）用典型的脈沖型地震動的實例及我國近年來部分近斷層（或近震中）的強震記錄進行近斷層脈沖型地震動長周期特性的分析。分析表明，方向性效應(yīng)及永久位移效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖型地震動，在垂直于斷層走向（FN）及平行于斷層走向（FP）的方向上表現(xiàn)出明顯不同的特性（即極化現(xiàn)象）。FN分量上出現(xiàn)脈沖的幾率更高、脈沖更顯著；FN分量上的地震動峰值普遍比FP分量上的高；FN分量上的長周期地震動反應(yīng)譜的譜值普遍比FP分量的高。值得注意的是，有的強震記錄的速度脈沖明顯，有的卻以隱含脈沖的形式出現(xiàn)。

（2）由于Mavroeidis近斷層速度脈沖模型能很好地反映近斷層地震動的特征，因此，本文用Mavroeidis近斷層脈沖型地震動模型模擬了速度脈沖周期不同的脈沖型地震動時程（峰值速度相同，速度脈沖的周期不同），進行單自由度體脈沖型地震動長周期彈性及彈塑性地震反應(yīng)分析，重點研究速度脈沖的周期對單自由度體長周期地震反應(yīng)的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，速度脈沖的周期對單自由度體的長周期地震動彈性及彈塑性反應(yīng)有很大的影響。在彈性反應(yīng)中，速度脈沖周期越大，短周期的地震反應(yīng)越小，長周期的地震反應(yīng)越大。在彈塑性反應(yīng)中，脈沖周期對加速度反應(yīng)譜及位移反應(yīng)譜的影響和彈性反應(yīng)的情況類似：隨著脈沖周期的增大，長周期加速度和位移反應(yīng)譜的譜值升高。隨著脈沖周期的增大，速度反應(yīng)譜的突起向右移動，但譜值的變化規(guī)律不強。另外，隨著延性系數(shù)增加，加速度反應(yīng)譜的長周期譜值減小，位移譜的長周期譜值升高，速度譜的長周期部分變化的規(guī)律性不強。

（3）用兩條實際的脈沖型地震動（9·21臺灣集集地震的TCU068臺EW向及TCU075臺EW向主震記錄）的彈性反應(yīng)譜作為目標(biāo)譜，分別合成兩條加速度時程。選擇兩條時程是為了避免選擇樣品時的隨機性。合成時程中沒有速度脈沖信息，但它們和實際的脈沖型地震動有相同的峰值加速度及彈性反應(yīng)譜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原始的脈沖型地震動和合成地震動在單自由體長周期彈塑性地震反應(yīng)中表現(xiàn)出完全不同的特性。隨著延性系數(shù)的增加，相比之下，脈沖型地震動的長周期地震反應(yīng)更強烈。我們認為這種不同可能是由速度脈沖造成的。

（4）我們用集中質(zhì)量的顯式有限元內(nèi)點計算方法及人工邊界節(jié)點計算方法來模擬二維復(fù)雜場地對上述9·21臺灣集集地震的TCU068臺EW向及TCU075臺EW向主震記錄的原始記錄和合成記錄的場地地震反應(yīng)。結(jié)果表明，在短周期及中周期部分，復(fù)雜場地對原始記錄和合成記錄的響應(yīng)有一定的差別，有時差別很大。在長周期部分，復(fù)雜場地對原始記錄和合成的響應(yīng)相差不大。這表明，速度脈沖在復(fù)雜場地的長周期地震反應(yīng)中似乎沒有起到特殊的顯著作用。

同時，我們還把用Mavroeidis近斷層脈沖型地震動模型模擬的具有不同速度脈沖周期的脈沖型地震動時程作為輸入，進行二維場地的地震反應(yīng)，同上述原始的脈沖型地震動場地反應(yīng)結(jié)果一起進行近斷層脈沖型地震動長周期地震動盆地邊緣效應(yīng)的分析。結(jié)果表明，近斷層脈沖型地震動的長周期地震動的盆地邊緣效應(yīng)明顯。但值得注意的是，速度脈沖周期不同時，脈沖型地震動的盆地邊緣效應(yīng)差別很大。盆地的尺寸及脈沖周期的大小可能都對長周期地震動的盆地邊緣效應(yīng)有較大的影響。

在研究近斷層脈沖型地震動盆地的邊緣效應(yīng)時，我們還比較了脈沖型地震動以不同角度入射時觀測點的地震響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣饎右圆煌嵌热肷鋾r觀測點的響應(yīng)有所不同，且有時差別很明顯。

（5）本文還以9·21集集地震為例，對近斷層的長周期地震動特性進行了研究。集集地震近斷層長周期地震動的上盤效應(yīng)明顯，近斷層的脈沖型地震動作用顯著，并存在明顯的極化現(xiàn)象。發(fā)震構(gòu)造可能對同震位移的分布、上盤效應(yīng)、脈沖型地震動的形成產(chǎn)生了很大的影響。在研究長周期地震動反應(yīng)譜隨距離的衰減關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，近斷層的脈沖型地震動可能對近斷層的長周期地震動產(chǎn)生了重要影響。

近斷層；速度脈沖；單自由度體；復(fù)雜場地；盆地邊緣；長周期地震動；反應(yīng)譜

（作者電子信箱，李春鋒：dqslcf＠yahoo.com.cn）

P315.9；

： A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2010.02.012