汶川地震地面运动场估计及地震烈度与地震动参数相关性分析.pdf

的特征，对提高抗震能力具有重要的意义。本文的结论只来源于对汶川特大地震强震资料的 详细研究，有些结果可能与我们通常的认知不一致。科学是一种探索，探索就会有失误，不 足之处请批评指正。 关键词 汶川地震；强震记录；反应谱特征参数；场地条件；竖向反应谱 （ 作者电子信箱，郭晓云ｇ ｕ ｏ ｘ ｙ ｕ ｎ ２ ０ ０ ５＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ） 汶川地震地面运动场估计及地震烈度 与地震动参数相关性分析 林 淋 （ 中国地震局工程力学研究所，哈尔滨１ ５ ０ ０ ８ ０） 中图分类号 Ｐ ３ １ ５． ９； 文献标识码 Ａ； ｄ ｏ ｉ１ ０． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ３ ５－４ ９ ７ ５． ２ ０ １ ２． ０ ４． ０ １ ５ 地震工程学的发展离不开强震观测资料，其中观测资料又可以分为两类一类是地震动 时程记录；另一类是实际震害调查资料。在众多实际震害调查资料中，地震烈度分布是一种 最为常见、最有价值的实际震害调查资料。如果能建立由强震观测记录衍生而来的各种地震 动参数与烈度两者之间合理的关系，则可为地震应急和相应措施的制定提供依据。有鉴于 此，本文以各种地震动参数与烈度的相关性分析为核心，对用什么样的参数、采用什么样的 方法来衡量烈度进行了探索。 本文以发生在中美的９次破坏性地震中捕获的部分加速度记录及其对应的烈度资料为数 据源（ 共计２ ２ ６组三分量加速度记录） ，通过最小二乘法建立了１ ６种地震动参数与烈度的一 元回归关系式，并对比分析了１ ６种强地震动参数与烈度间的相关性。统计结果表明，标准累 计绝对速度与震害烈度的相关性最好。采用标准累积绝对速度所确定的台站仪器烈度，与台 站所在地区实际震害烈度一致的比率为４ ２％，４ ６％的台站仪器烈度与震害烈度相差１度， １ ２％的台站仪器烈度与震害烈度相差２度。１ ６种地震动参数所确定的台站仪器烈度与震害烈 度一致的平均比率为３ ４． ５％，仪器烈度与震害烈度相差１度的平均比率为４ ９． ９％，相差２度 的平均比率为１ ５． ６％。 统计结果表明，采用各种地震动参数与烈度的一元回归模型确定台站仪器烈度时，与震 害烈度有较大的误差。因此，基于一元回归模型很难对一次地震的烈度分布进行可靠的估 计。为此，本文建立了２ ４ ０种不同地震动参数组合、震级ＭＳ与烈度的多元回归模型，较大程 度上提高了仪器烈度的正确识别率，烈度识别正确率最好的参数组合是谱烈度和标准累计绝 对速度，用这两种参数组合建立的多元回归模型在计算台站仪器烈度时，与实际震害烈度一 致的比率为５ １． ６％，有９ ２． ２％的台站的仪器烈度与实际烈度相差在１度以内， ２ ４ ０种地震动 参数组合所确定的台站仪器烈度与震害烈度一致的平均比率为４ ５％，相差１度的平均比率为 ４ ５％，相差２度的平均比率为１ ０％。从统计结果看，多元回归模型计算台站仪器烈度时与震 害烈度相符合的情况要好于一元回归模型计算的结果。 ６４ 国 际 地 震 动 态 ２ ０ １ ２年 本文工作应用的中国记录大部分来自于中国西南地区。本文的一个主要工作是对这一地 区的地震动参数衰减规律进行初步的统计分析。但是各种地震动参数的一元回归模型计算的 台站仪器烈度与实际震害烈度吻合程度不佳，若直接用这样的参数进行地震动参数衰减规律 的统计分析，则很难得到理想的结果。为此，本文对参与统计的中国记录以其加速度反应谱 特征周期为统计分组标准，继而统计了不同特征周期区间用一元回归模型计算仪器烈度时与 实际震害烈度的累积误差，并对这种误差进行了相应的修正。修正后的各种地震动参数称为 等效地震动参数。用１ ６种等效地震动参数确定的台站仪器烈度与震害烈度一致的平均比率 要好于未经等效处理的各种地震动参数确定的台站仪器烈度。另外对地震烈度与地震动参数 组合的多元回归模型亦用相似的方法进行了修正。修正后的地震动参数组合即谱烈度和标准 累计绝对速度与烈度的多元回归模型确定的仪器烈度与实际震害烈度一致的比率为６ ６． ９％， 有９ ６％的台站烈度识别误差在１度以内。 目前我国工程场地使用的衰减关系大部分还是俞言祥、霍俊荣依靠美国西部地震资料通 过转化方式得来的。有鉴于此，本文以汶川地震、汶川地震余震及我国西南地区发生的几次 地震的观测资料为数据源，对我国西南地区的地震动参数衰减规律进行了初步的探索，统计 分析了包括Ｐ ＧＡ、Ｐ ＧＶ、谱烈度、标准累计绝对速度等１ ６种地震动参数和加速度反应谱的 衰减规律。考虑到等效参数对台站进行烈度识别时，台站仪器烈度与震害烈度相一致的比率 较高，因此，对各种等效地震动参数的衰减规律也进行了统计与分析。 地震动的估计是地震工程学的一个重要步骤，其作用就是为抗震设计提供一个定量的数 据。鉴于汶川地震中近断层强震台站数量较少，且不同烈度区台站数量分布不均匀，本文采 用增设虚拟台站，并用一种综合办法确定了虚拟台站的地震动参数值，最后利用汶川地震各 烈度区强震台站和不同烈度区的虚拟台站的参数值绘制了汶川地震加速度及速度等值线。同 时，统计了不同烈度区观测台站（ 包括虚拟台站） 的加速度峰值及速度峰值的范围、均值、标 准差，并最终确定了我国 Ｖ Ｉ ～Ｘ度区Ｐ ＧＡ和Ｐ ＧＶ的取值范围，这些取值范围和我国烈度表 中的规定相比是有一定差别的。 总之，本文通过分析各种地震动参数和烈度的相关性，提出了一种仪器烈度的判别方 法。该方法的特点就是采用多个参数来组合、确定强震观测台站的仪器烈度；通过我国西南 地区发生的几次地震的观测资料，对该地区的地震动参数衰减规律进行了初步的探索，最后 提出了一种对一次地震地面运动场进行合理估计的综合方法。 关键词 烈度；地震动参数；衰减关系；虚拟台站；等效参数 （ 作者电子信箱，林淋ｌ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ １ ９ ７ ８ ０ ５＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ） ７４ 第４期 中国地震局工程力学研究所２ ０ １ １届博士学位论文摘要（Ⅱ）