邯鄲市工程地質(zhì)場地條件與地震動參數(shù)關(guān)系研究

楊柳

(河北省地震局，石家莊 050021)

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邯鄲市工程地質(zhì)場地條件與地震動參數(shù)關(guān)系研究

楊柳

(河北省地震局，石家莊 050021)

通過對所收集邯鄲市地震安全性評價(jià)結(jié)果和鉆孔資料的分析研究，完成邯鄲市工程地質(zhì)場地分區(qū)，并對地質(zhì)分區(qū)和地震動參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析，得到土層結(jié)構(gòu)對地震動參數(shù)影響的規(guī)律，為該區(qū)制定防震減災(zāi)規(guī)劃提供參考和基礎(chǔ)資料。

場地條件；地震動參數(shù)；邯鄲市

0 引言

邯鄲市位于河北省南端，是國家歷史文化名城、中國成語典故之都和中國散文之城、太極之鄉(xiāng)，隨著城市的發(fā)展，城市抗震設(shè)防工作逐漸成為城市發(fā)展建設(shè)的重要工作。本文主要從河北冶金建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)有限公司收集了大量該市工程地質(zhì)鉆孔資料，并根據(jù)河北省工程地震勘察研究院等單位在邯鄲市完成的地震安全性評價(jià)項(xiàng)目中的地質(zhì)鉆孔的等效剪切波速和覆蓋層厚度，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》(2009版)，對該地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)特征分區(qū)，并對分區(qū)的地震動參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出不同工程地質(zhì)分區(qū)在統(tǒng)計(jì)意義上的場地地震動參數(shù)，并且將探討土層結(jié)構(gòu)與地震動參數(shù)之間的關(guān)系，為今后制定防震減災(zāi)規(guī)劃提供參考和基礎(chǔ)資料[1]。

1 邯鄲市區(qū)地震地質(zhì)特征

邯鄲地區(qū)華北平原地震構(gòu)造帶由東西2條亞帶組成，以西邊亞帶為主，北起自灤縣地區(qū)，向南經(jīng)過唐山、寧河、天津、河間、束鹿、隆堯、沙河、磁縣，再向西南經(jīng)過安陽、湯陰至新鄉(xiāng)地區(qū)。該帶在地質(zhì)構(gòu)造上穿過燕山隆起區(qū)南部的第四紀(jì)坳陷區(qū)、華北平原坳陷區(qū)中的滄縣隆起和邢衡隆起，并沿著臨清坳陷與太行山隆起交接地帶延伸。

邯鄲地區(qū)，位于平原和山前丘陵的過渡地帶。地貌單位根據(jù)新構(gòu)造類型分為：華北平原沉降區(qū)、山前臺地及剝蝕緩斜地區(qū)和太行山基巖隆起區(qū)。

1)華北平原沉降區(qū)：

以邯鄲斷裂為西界的地區(qū)，由沙河和滏陽河沖洪積物構(gòu)成，第四系厚度由西向東從幾十米至200～300 m依次遞增。在第四紀(jì)時，由于斷裂的活動形成很多斷陷和斷隆，斷陷和斷隆使該地區(qū)形成南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，整體處于坳陷狀態(tài)，邯鄲斷陷有差異運(yùn)動。從已經(jīng)掌握的資料分析，本區(qū)地勢基本低洼平整，略向北東方向傾斜。

2)山前臺地及剝蝕緩斜區(qū)：

其西邊界是基巖山區(qū)與山前堆積區(qū)邊界，以邯鄲斷裂(太行山山前斷裂帶)為東邊界，是太行山基巖隆起區(qū)與華北平原沉降區(qū)的過渡地帶。該區(qū)屬于山前地帶臺地及剝蝕緩斜地區(qū)地貌單元。唐縣面是本區(qū)發(fā)育的一級夷平面，是晚第三紀(jì)晚期的剝蝕面，海拔在200 m左右，分布比較廣泛，在山前和主要河流兩側(cè)的丘陵及臺地區(qū)均有分布。

3)太行山基巖隆起區(qū)

其東邊界基本上是山前堆積區(qū)與基巖山區(qū)邊界，該單元主要為侵蝕中山、低山及丘陵臺地隆起區(qū)。本單元海拔高度由西北部的1 000 m向東南逐漸下降至200 m左右。區(qū)內(nèi)發(fā)育有兩級夷平面，Ⅰ級夷平面(北臺期面)形成于第三紀(jì)早期，海拔高度在1 000 m以上，在中山區(qū)保留有該夷平面的殘留面；Ⅱ級夷平面為中新世的構(gòu)造剝蝕面，以海拔400～800 m的低山區(qū)和丘陵區(qū)最為發(fā)育。

邯鄲凹陷，分別以邯鄲斷裂和臨漳斷裂為其西界和東界，北以NWW向的曲陌斷裂為界與任縣凹陷相連，南以NWW向的磁縣斷裂為界與內(nèi)黃隆起相隔。

在邯鄲凹陷，由于強(qiáng)烈的斷陷作用發(fā)生在新生代期間，致使新生代沉積厚度約5 000 m。晚第三紀(jì)時，邯鄲斷陷東邊界的臨漳斷裂帶強(qiáng)烈活動，成為該斷裂的主體活動帶，在斷裂的下降盤一側(cè)形成2個沉降中心，即邯鄲東南的沙河次凹和臨漳西的范營次凹。其中，沙河次凹下第三系底界埋深約5 500 m，范營次凹下第三系地界埋深約4 000 m，使邯鄲斷陷表現(xiàn)為東斷西超的形態(tài)。人工地震成果表明，臨漳斷裂始新統(tǒng)底界落差約3 000 m，上第三系底界落差約200 m。晚第三紀(jì)以來，斷陷強(qiáng)烈活動轉(zhuǎn)移到西界—邯鄲斷裂上，下降盤上第三系底界埋深在永年北杜村為711 m、邯鄲馬頭大于1 004 m，上升盤上第三系埋深一般為300～400 m，馬頭附近斷裂兩側(cè)上第三系底界落差大于400 m。第四紀(jì)以來，斷陷活動一直持續(xù)，第四系下降盤在邯鄲為290 m，上升盤一般直接出露早更新世地層，最厚約25 m，兩側(cè)差異幅度在北段為30 m、邯鄲附近為250 m，顯示出邯鄲一帶差異運(yùn)動最強(qiáng)，向北逐漸變?nèi)酢?/p>

2 邯鄲市工程地質(zhì)分區(qū)

2.1 地質(zhì)特征分區(qū)

工程地質(zhì)特征劃分主要依據(jù)場地等效剪切波速、場地覆蓋層厚度和場地土層分布特點(diǎn)等因素。我們收集了邯鄲市200余個鉆孔資料，這部分鉆孔基本是按照《工程場地地震安全性評價(jià)》(GB17741—2005)要求布設(shè)的，鉆孔深度較深，鉆孔分布見圖1。

2.2 工程地質(zhì)特征分區(qū)場地條件

根據(jù)收集到的鉆孔資料,分析表明：邯鄲市區(qū)地層存在2種不同的地質(zhì)分區(qū)(圖2，表1)。

圖1 收集鉆孔分布圖

圖2 邯鄲市地質(zhì)特征分區(qū)圖

分 區(qū)亞區(qū)地層年代工程地質(zhì)特征范圍&地貌地形坡地/(%)主要持力層地層情況承載力/kpa&壓縮性地貌水位/m地基土特征場地類別丘陵區(qū)Ⅰ冰磧湖相沉積亞區(qū)Ⅰ1N插箭嶺西、北,趙王城西南;地貌屬山前殘丘傾斜平原2.0～5.0棕褐、灰綠色粘土、粉質(zhì)粘土,夾砂礫石薄層>200中低壓縮性土1.5～6.5膨脹土地基,地層建筑須進(jìn)行地基處理Ⅱ類沖、洪積沉積亞區(qū)Ⅰ2Q+N市區(qū)西部中段,地貌屬丘間溝谷、山前傾斜平原1.0～3.0新近沉積黃褐色粉質(zhì)粘土、粉土;河漫灘相松散砂礫,下臥層為較堅(jiān)硬的混砂礫粘土層120中壓縮性土4.0～10.0地基基礎(chǔ)直接持力層性質(zhì)較好Ⅱ類平原區(qū)Ⅱ沖、洪積沉積亞區(qū)Ⅱ1Q市區(qū)中南部;地貌屬滏陽河、渚河沖洪積平原0.5～1.5新近沉積黃褐色粉質(zhì)粘土、粉土;下部為4～8m厚的灰黑、灰褐色軟粘性土層,多見轉(zhuǎn)瓦片、草木灰、小螺殼等,下臥層為一般粘性土,工程性質(zhì)較好120中壓縮性土5.0～15.0地基基礎(chǔ)直接持力層性質(zhì)較好Ⅲ類沖、淤積沉積亞區(qū)Ⅱ2Q市區(qū)的東北部;地貌屬滏陽河、淤積平原0.5～1.5同Ⅱ1,但地下水位較淺,土質(zhì)較軟弱,地基土局部輕微液化90中高壓縮性土1.0～5.5地基持力層性質(zhì)較差,多層建筑均須進(jìn)行地基處理Ⅲ類沖積沉積亞區(qū)Ⅱ3Q市區(qū)東南部;地貌屬洪積平原(漳河故道)0.5～1.5主要持力層上部為較厚的粉細(xì)砂(4～8mm),分選較好,層理明顯,下部為灰黑、灰褐色粘性土層,下臥層為一般粉粘性土110～130中壓縮性土1.0～11.5地基基礎(chǔ)直接持力層性質(zhì)較好Ⅲ類

通過以上分析，不同的工程地質(zhì)特征分區(qū)反映了該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件、土層軟硬和覆蓋層厚度等分布趨勢，同一工程地質(zhì)區(qū)工程地質(zhì)條件較為一致[2]。

3 工程場地地震動參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

地震引起的災(zāi)害與場地條件有直接關(guān)系，不同場地有不同厚度和不同性質(zhì)場地覆蓋層，震害異常與這些覆蓋層有很大的關(guān)系。在地震中，建筑物的破壞主要有2種形式：一種是直接由地震震動本身引起建筑物破壞；另一種是由于地震的震動引起地基失效(如砂土液化、噴砂冒水等)對建筑物的破壞。這2種形式的破壞都是由地震動造成的。地震動除受地震本身影響外，還受場地條件的影響，諸如覆蓋層厚度、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等因素的影響。所以，對于城市規(guī)劃和抗震，我們需要研究場地地震動特性和工程地質(zhì)條件之間的關(guān)系[3]，而表征工程場地設(shè)計(jì)地震動的2個重要參數(shù)是地震動峰值加速度PGA和反應(yīng)譜特征周期Tg。我們收集并分析了200余份邯鄲市的地震安全性評價(jià)成果，統(tǒng)計(jì)得到了2個分區(qū)的平均土層動力模型(表2～3)。模型中，土類參數(shù)使用中國地震局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中推薦的值及常規(guī)土類動剪切模量比和阻尼比試驗(yàn)研究的結(jié)果[6]，根據(jù)一維剪切波傳播理論計(jì)算土層反應(yīng)的地表加速度時程，從而求得地表加速度峰值和反應(yīng)譜(圖3)，并計(jì)算得到了邯鄲市區(qū)2個工程地質(zhì)區(qū)工程場地對應(yīng)于50年超越概率63%(多遇地震)、50年超越概率10%(基本地震)和50年超越概率2%(罕遇地震)的地表水平向設(shè)計(jì)地震動加速度反應(yīng)譜的特征周期平均值(5%阻尼比)[4](表4)。

表2 Ⅰ區(qū)場地鉆孔計(jì)算場地模型資料

表3 Ⅱ區(qū)場地鉆孔計(jì)算場地模型資料

圖3 地表水平向地震動加速度反應(yīng)譜及設(shè)計(jì)地震動反應(yīng)譜(50年超越概率)

統(tǒng)計(jì)場地?cái)?shù)Ⅰ區(qū)63Ⅱ區(qū)13950年超越概率63%10%2%63%10%2%PGA均值5215129846148285特征周期均值0.320.390.480.390.450.52

通過表4可以發(fā)現(xiàn)2個工程地質(zhì)分區(qū)中，不同超越概率的地表加速度峰值(PGA)和特征周期(Tg)取值存在顯著差異。

3.1 地表加速度峰值PGA

圖3和表4明顯可以看到，Ⅱ區(qū)(平原區(qū))的數(shù)值明顯較Ⅰ區(qū)(丘陵區(qū))數(shù)值低，結(jié)合土層力學(xué)參數(shù)和朱國祥研究說明較厚軟弱土層對加速度放大較小[7]，這一點(diǎn)在很多地震安全性評價(jià)報(bào)告中也得到了證實(shí)。

3.2 特征周期Tg

2個工程地質(zhì)分區(qū)中，相同超越概率水平的特征周期Tg也存在顯著差異，相同超越概率水平下Ⅱ區(qū)(平原區(qū))的特征周期均比Ⅰ區(qū)(丘陵區(qū))特征周期大，說明特征周期隨著土的變軟而增大。根據(jù)胡聿賢的研究成果，覆蓋層情況對特征周期也有重要影響，即較硬覆蓋層的場地地震動的高頻分量豐富[5]，對應(yīng)的特征周期較小(如Ⅰ區(qū))。

4 結(jié)論與建議

本文根據(jù)鉆孔情況將邯鄲市分為2個工程地質(zhì)分區(qū)，根據(jù)搜集的資料給出了不同地質(zhì)分區(qū)在統(tǒng)計(jì)意義上的反應(yīng)譜特征周期的平均值，并且探討了土層結(jié)構(gòu)對地震動參數(shù)影響的規(guī)律，給出的不同地質(zhì)分區(qū)的特征周期統(tǒng)計(jì)平均值可以作為本區(qū)設(shè)計(jì)地震動參數(shù)的參考。

在實(shí)際工作中，每個分區(qū)各個場址的覆蓋層性質(zhì)和厚度也不盡相同，在確定工程場地的設(shè)計(jì)地震動參數(shù)過程中，應(yīng)根據(jù)工程的重要程度以及場地條件的具體情況，參照工程場地所在區(qū)的地震動參數(shù)平均值加以調(diào)整。

[1] 彭艷菊，呂悅軍，施春花，等.北京平原區(qū)地震工程地質(zhì)條件及地震效應(yīng)[J]．國際地震動態(tài)，2012(6)：145．

[2] 劉輝．江蘇徐州市區(qū)地基土工程地質(zhì)分區(qū)及巖土工程問題[J].中國煤炭地質(zhì)，2011，23(5)：31-34．

[3] 竇遠(yuǎn)明，余建星，趙欣，等.城市抗震設(shè)防區(qū)劃中設(shè)計(jì)地震動參數(shù)的確定[J].地震工程與工程振動，2002， 22(1)：39-42．

[4] 竇遠(yuǎn)明，趙欣，劉熙媛，等.保定市市區(qū)抗震設(shè)防區(qū)劃中設(shè)計(jì)地震動參數(shù)的確定[J] .河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30(5)：39-42．

[5] 胡聿賢．地震工程學(xué)[M]．北京：地震出版社，1988：632-642．

[6] 袁曉銘，孫銳，孫靜，等．常規(guī)土類動剪切模量比和阻尼比試驗(yàn)研究[J]．地震工程與工程振動，2000(4)：133-139.

[7] 朱國祥．土層地震反應(yīng)分析中不同參數(shù)的敏感性分析[J]．工程抗震，2004(3)：28-32．

Relationship between Ground Motion Parameters and Engineering Geological Conditions in Handan City

YANG Liu

(Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China)

In this paper,based on the borehole data and results of the seismic safety assessment in Handan city during the last few years,the relationship between the geological area and the ground motion parameters in Handan city is studied.The study may provide reference and basic data for the formulation of earthquake prevention and disaster reduction in the future.

site condition; ground motion parameters；Handan city

楊柳．邯鄲市工程地質(zhì)場地條件與地震動參數(shù)關(guān)系研究[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(4):67-72.

2016-05-19

河北省1∶25萬地震構(gòu)造圖編制(DZ20150504104)

楊柳(1988—)，女，河北石家莊人，助理工程師，主要從事工程抗震研究．E-mail：249924325@qq.com.

P315．91

A

1003-1375(2016)04-0067-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.011