汶川特大地震漢源震害異常研究

李 平

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

汶川特大地震漢源震害異常研究

李 平

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

2008年5月12日在汶川發(fā)生的8.0級(jí)特大地震，是新中國成立以來破壞最強(qiáng)、波及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的一次地震。這次歷史罕見的地震災(zāi)害所造成的巨大破壞，舉國震驚，舉世關(guān)注。距震中近250km的漢源縣城為這一特大地震Ⅵ度區(qū)內(nèi)唯一的Ⅷ度異常區(qū)，是十分典型而又罕見的遠(yuǎn)震高烈度異常區(qū)。汶川地震發(fā)生后，這一現(xiàn)象引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。探索漢源縣城震害異常成因，總結(jié)其形成條件和地震動(dòng)特征，對(duì)促進(jìn)場地條件工程抗震影響的研究以及提高工程抗震水平具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值，本文就這一問題開展了系統(tǒng)的研究。

本文全面系統(tǒng)地歸納、總結(jié)和評(píng)述了當(dāng)前本領(lǐng)域的前沿研究成果和相關(guān)文獻(xiàn)。在整理汶川地震漢源科學(xué)考察資料的基礎(chǔ)上利用現(xiàn)場震害調(diào)查震后科學(xué)考察勘察測試所獲得的資料，通過理論分析和數(shù)值模擬等方法給出了漢源震害異常原因的初步解釋，開展了以下幾個(gè)方面的研究：

（1）開展了漢源縣城的震害調(diào)查、科學(xué)考察和場地勘察工作。汶川地震發(fā)生后，防災(zāi)科技學(xué)院組織部分教師組成科考隊(duì)對(duì)漢源震害異常區(qū)進(jìn)行了全面、深入的考察。野外考察獲得了漢源縣城詳細(xì)的震害、地質(zhì)構(gòu)造、地震地質(zhì)災(zāi)害、地形地貌、強(qiáng)震臺(tái)站資料等數(shù)據(jù)信息；通過場地勘察及試驗(yàn)，獲得了場地土層結(jié)構(gòu)和土動(dòng)力學(xué)參數(shù)資料。結(jié)合震害調(diào)查資料，本文采用經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)漢源縣城建筑物的自振周期進(jìn)行分析，得到其破壞較嚴(yán)重結(jié)構(gòu)類型建筑物的自振周期大致范圍為0.1～0.6s。

（2）提出了漢源場地輸入地震動(dòng)的確定方法。本文采用人工合成地震動(dòng)和強(qiáng)震記錄反演兩種方法來確定漢源縣城輸入地震動(dòng)。在人工地震動(dòng)合成方法中，擬合了汶川地震發(fā)震斷層下盤的基巖峰值加速度和反應(yīng)譜衰減關(guān)系。分析表明，本文的衰減關(guān)系較好地反映了汶川特大地震發(fā)震斷層下盤的基巖峰值加速度及反應(yīng)譜衰減規(guī)律。根據(jù)所得的衰減關(guān)系，本文確定了漢源場地的峰值加速度及其反應(yīng)譜值。結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，人工合成給出了5組地震動(dòng)加速度時(shí)程。本文提出利用強(qiáng)震記錄反演場地輸入地震動(dòng)方法，其做法是把距漢源最近的九襄強(qiáng)震臺(tái)站作為反演臺(tái)站，由于位于漢源縣城附近22km的九襄強(qiáng)震臺(tái)有詳細(xì)的建臺(tái)資料，并且在汶川地震中獲取了寶貴的強(qiáng)震記錄，本文利用這些資料，采用一維等效線性化頻域分析方法，反演得到水平向EW和NS基巖場地輸入地震動(dòng)時(shí)程。分析表明，反演的基巖地震動(dòng)具有較高的可靠性，可以作為漢源縣城輸入地震動(dòng)。

（3）研究了土層結(jié)構(gòu)對(duì)漢源震害異常的影響。本文在漢源縣城場地通過工程地質(zhì)勘察獲得了場地土層以及土動(dòng)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用一維等效線性地震反應(yīng)分析方法分別研究了表層土厚度、卵石層埋深、卵石層厚度、卵石層剪切波速以及最不利工況組合等對(duì)漢源縣地表地震動(dòng)的影響。研究結(jié)果表明，漢源縣城特殊土層結(jié)構(gòu)具有顯著的放大效應(yīng)，該放大效應(yīng)對(duì)漢源縣城震害異常有著重要的影響。

（4）研究了地形效應(yīng)對(duì)漢源震害異常的影響。根據(jù)汶川地震科學(xué)考察現(xiàn)場調(diào)查資料，本文分析了漢源縣的地形地貌特征，實(shí)際測繪出漢源三維地形圖，采用二維有限差分法及人工透射邊界的原理對(duì)地形影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到各個(gè)觀測點(diǎn)的傳遞函數(shù)幅值譜，并利用場地傳遞函數(shù)幅值表示放大效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，漢源縣城地形對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)比較明顯，地形放大效應(yīng)顯著是漢源震害異常的主要原因之一。

（5）研究了斷裂構(gòu)造對(duì)漢源震害異常的影響。采用二維有限差分和透射邊界理論方法分析了斷裂破碎帶與研究點(diǎn)的距離和九襄斷裂對(duì)漢源縣城震害的影響。結(jié)果表明，對(duì)漢源震害異常可能有影響的斷裂為九襄斷裂。這是因?yàn)椋畔鍞嗔炎鳛橐粭l隱伏斷裂，是否通過縣城有待進(jìn)一步研究，但如果這一斷裂通過漢源縣城，對(duì)頻帶4～9Hz的地震動(dòng)放大效應(yīng)更加顯著。

綜上所述，造成漢源震害異常的主要原因是土層結(jié)構(gòu)、地形效應(yīng)和斷裂對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，汶川地震在漢源的放大效應(yīng)在2.0～10Hz頻段內(nèi)更顯著。放大的地表峰值加速度值超過了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ11-89）規(guī)定的漢源縣城罕遇地震的峰值加速度。這使?jié)h源縣城的建筑物遭受了超過設(shè)計(jì)規(guī)范的地震慣性力，導(dǎo)致建筑物破壞，同時(shí)其放大效應(yīng)顯著頻帶與建筑物的自振周期吻合，產(chǎn)生了共振效應(yīng)更加重了震害，致使?jié)h源縣城震害異常

破壞性地震的震害異?，F(xiàn)象綜合反映了場地條件對(duì)地震動(dòng)響應(yīng)的程度，它既與場地條件密切相關(guān)，又與地震波的傳播過程和震源物理過程密不可分，是一極具探索性的研究課題。本文利用汶川地震后現(xiàn)場調(diào)查和科學(xué)考察獲得的部分資料，對(duì)漢源震害異?，F(xiàn)象做了初步總結(jié)和解釋。由于震害異?，F(xiàn)象的復(fù)雜性，本文的認(rèn)識(shí)是粗淺的，如有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)指正。

汶川地震；漢源縣城；震害異常；地震反應(yīng)；場地效應(yīng)

（作者電子信箱，李平：chinaliping1981＠126.com）

P315.9；

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10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.011