閆靜茹 張郁山 闞文亮

（中國北京 100029 中國地震災(zāi)害防御中心）

引言

各類震害研究發(fā)現(xiàn)，地震發(fā)生時，場地覆蓋層會引起地震動強(qiáng)度和頻譜特性的急劇變化，覆蓋土層結(jié)構(gòu)不同所引起的場地地震動的振幅特性（如峰值加速度、峰值速度、峰值位移等）及頻譜特性（如反應(yīng)譜、傅里葉譜等）也不相同.各國學(xué)者通常采用地震動參數(shù)場地調(diào)整方法和地震動參數(shù)場地衰減關(guān)系來考慮場地地震效應(yīng)的影響（李小軍，2013），其中：場地調(diào)整法是以硬土場地為參考場地，通過場地系數(shù)給出其它類別場地相對硬土場地的一般性定量關(guān)系，從而反映場地對地震動的放大強(qiáng)弱；而場地地震動參數(shù)衰減關(guān)系則是通過強(qiáng)震觀測數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)函數(shù)（衰減關(guān)系）來模擬土壤行為，推導(dǎo)特定的預(yù)測模型來模擬不同的場地條件，使用場地放大因子來分析場地效應(yīng)，該因子通過場地衰減關(guān)系與參考基巖場地衰減關(guān)系歸一化得到.我國多采用場地調(diào)整的方法考慮工程場地條件對設(shè)計地震動參數(shù)的影響.

國際上目前主要以強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值理論計算的方式通過統(tǒng)計分析手段確定場地地震動參數(shù)的調(diào)整系數(shù).其中，以強(qiáng)震動觀測手段進(jìn)行基巖和土層的對比分析是場地調(diào)整系數(shù)研究的最直接的方式，但各國均面臨高幅值強(qiáng)震動觀測記錄匱乏、實(shí)際強(qiáng)震記錄標(biāo)準(zhǔn)基巖面不易界定、地震波動在介質(zhì)中傳播具有隨機(jī)性等問題，導(dǎo)致這種基于統(tǒng)計意義的平均結(jié)果存在很大的離散性和不確定性（李瑞山，袁曉銘，2019），因此數(shù)值計算方法常作為場地效應(yīng)影響分析的重要手段，用以進(jìn)行現(xiàn)有記錄之外更為強(qiáng)烈的地震運(yùn)動模擬（Régnieret al，2018）.

地震區(qū)劃工作是各國抗震設(shè)防、規(guī)劃選址、風(fēng)險評估和應(yīng)急備災(zāi)的基礎(chǔ)性支撐工作，其中場地地震動參數(shù)調(diào)整方案的建立是區(qū)劃工作中考慮局部場地條件、科學(xué)合理評估場地條件對地震動放大效應(yīng)影響的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，也是提升地震區(qū)劃工作精細(xì)化水平、實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害韌性治理的關(guān)鍵工作.因此本文在收集整理大量國內(nèi)外規(guī)范條文及相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對地震動場地調(diào)整系數(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，開展各國主要成果的對比分析，梳理各類成果的差異性和優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)踐和行業(yè)需求，對新一代區(qū)劃圖編制過程中有關(guān)場地調(diào)整系數(shù)的研究手段和研究內(nèi)容進(jìn)行展望.

1 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國主要運(yùn)用場地調(diào)整方法進(jìn)行場地效應(yīng)的定量分析，該方法以強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)運(yùn)用統(tǒng)計分析手段確定地震動參數(shù)的場地調(diào)整系數(shù).

采用強(qiáng)震動觀測記錄進(jìn)行場地調(diào)整系數(shù)分析時，主要利用美國西部（薄景山，1998；耿淑偉，2005；趙艷等，2009；欒極，2012；王金元，2013；李洪達(dá)，2015）、日本（郭鋒等，2011；史大成，2013；崔昊，丁海平，2016）和我國汶川地震（郭曉云等，2012）的強(qiáng)震動記錄資料進(jìn)行場地類別和地震動強(qiáng)度的分檔統(tǒng)計，探討不同場地類別的地震動參數(shù)調(diào)整關(guān)系，給出場地調(diào)整系數(shù)的建議值.我國采用強(qiáng)震動觀測記錄進(jìn)行場地效應(yīng)分析時常用的最直觀方法就是譜比法，該方法通常選擇一個距離土層場地臺站很近的基巖臺站作為參考（可認(rèn)為兩個場點(diǎn)的地震動不受震源特性和傳播路徑的影響），通過比較土層臺站強(qiáng)震記錄與參考基巖臺站強(qiáng)震記錄的譜比，定量分析局部場地條件對地震動的影響.研究人員在采用強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)譜比法研究場地系數(shù)時普遍存在以下三點(diǎn)問題：① 強(qiáng)震觀測數(shù)據(jù)有限，Ⅳ類場地觀測數(shù)據(jù)缺乏或較少，結(jié)果較為離散，規(guī)律性不好；② 通常采用美國或日本強(qiáng)震觀測記錄開展研究，缺少與我國場地分布特征相匹配的成果產(chǎn)出；③ 高幅值（大于0.4g）強(qiáng)震動記錄較少.圖1給出了部分研究人員的Ⅲ類場地調(diào)整系數(shù)對比圖，各研究成果大部分呈現(xiàn)場地系數(shù)隨地震動強(qiáng)度的增大而減小的趨勢，體現(xiàn)出土壤的非線性特征，但是由于強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)及其質(zhì)量和完整性不同，結(jié)果也呈現(xiàn)出較大的差異.

圖1 不同研究人員基于統(tǒng)計方法給出的我國Ⅲ類場地的調(diào)整系數(shù)結(jié)果對比Fig.1 Comparison of adjustment coefficient results of class Ⅲ sites in China by different scholars based on statistical methods

采用強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行場地條件對地震動影響的研究，需要建立在大量的強(qiáng)震觀測資料的基礎(chǔ)上，同時還要求所利用的強(qiáng)震觀測資料具有代表性且滿足廣泛分布的原則，而我國早期的強(qiáng)震動數(shù)據(jù)相對匱乏，不足以支撐我國場地條件的場地系數(shù)研究，同時強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法也存在參考基巖面不易選擇的問題，這些都會影響實(shí)際統(tǒng)計結(jié)果的真實(shí)有效性，因此還需要采用理論方法和數(shù)值模擬等補(bǔ)充手段開展場地地震動參數(shù)影響的研究.

采用數(shù)值計算方法確定場地調(diào)整系數(shù)的難點(diǎn)在于建立充足廣泛的場地模型樣本，以及考慮計算方法、模型參數(shù)的不確定性等的影響.我國最早通過數(shù)值模擬方法系統(tǒng)性地開展場地調(diào)整系數(shù)研究工作的學(xué)者是李小軍教授（李小軍，彭青，2001），他采用等效線性化方法進(jìn)行了188個實(shí)際工程場地模型的地震反應(yīng)計算，研究四類場地條件對地震動影響的特點(diǎn)及規(guī)律，統(tǒng)計地表反應(yīng)譜隨場地條件變化的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，最終給出場地系數(shù)的建議值（表1）；同一時期，竇立軍（2001）開展了79個典型場地的地震反應(yīng)計算，按照卓越周期對場地進(jìn)行分類（分為三類），將地表加速度反應(yīng)譜先平均再擬合，給出了場地系數(shù)建議值；為了支持第五代區(qū)劃圖的研究工作，呂悅軍等（2008）收集整理了北京地區(qū)、天津地區(qū)、濟(jì)南周邊地區(qū)、南京周邊地區(qū)的地震安全性評價報告，重點(diǎn)對北京地區(qū)的場地基礎(chǔ)資料進(jìn)行分析總結(jié)，給出了場地調(diào)整系數(shù)取值建議（表1）；閆靜茹等（2020）梳理了山東省近300個較為完整的鉆孔剖面，開展一維場地的等效線性化計算，給出Ⅱ類和Ⅲ類場地的放大系數(shù)值；丁海平和王康（2022）基于KiK-net臺陣中的73個臺站，采用反演基巖地震波和等效線性化方法，得到了各類場地短周期范圍內(nèi)的有效峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa，發(fā)現(xiàn)Ⅱ類場地的土層放大效應(yīng)大于其它類場地.

表1 不同研究基于數(shù)值模擬方法給出的場地調(diào)整系數(shù)建議值Table 1 Proposed values of site coefficients given by different researches based on numerical simulation methods

我國學(xué)者也通過其它方式開展了相關(guān)研究，得到了一些有意義的成果.例如：呂紅山和趙鳳新（2007）利用我國場地類別與美國場地類別的劃分關(guān)系，得到我國抗震規(guī)范與美國抗震規(guī)范的等效剪切波速的對應(yīng)關(guān)系，并通過場地系數(shù)（Fa，F(xiàn)v）轉(zhuǎn)換得到適合我國抗震規(guī)范的場地放大系數(shù)，這種轉(zhuǎn)換的方式簡單有效，但是由于我國與美國的場地分類標(biāo)準(zhǔn)相差較大，同時參考臺站的鉆孔資料也十分有限，因此以此為基礎(chǔ)建立的中美場地對應(yīng)關(guān)系有失全面性；李瑞山和袁曉銘（2019）采用土層-基巖理想場地模型，推導(dǎo)出土層場地與參考基巖場地地震動響應(yīng)的定量關(guān)系解析表達(dá)式，提出了場地放大系數(shù)的一般規(guī)律，但由于其理論推導(dǎo)建立在假設(shè)理想土體的模型上，其結(jié)果的可靠性仍需要通過強(qiáng)震觀測記錄和數(shù)值模擬結(jié)果加以驗(yàn)證，不適宜以此確定場地調(diào)整系數(shù)建議值，但可作為檢驗(yàn)國內(nèi)外規(guī)范中場地系數(shù)合理性的一種方式.

1.2 國外研究現(xiàn)狀

國際上引入場地系數(shù)概念的時間較早，相關(guān)研究也在不斷地細(xì)化和深入.1992年美國國家地震工程研究中心（National Center for Earthquake Engineering Research，縮寫為 NCEER）以編制修訂場地類別、場地系數(shù)和場地相關(guān)反應(yīng)譜為目標(biāo)舉辦了地震反應(yīng)研討會，參會的工程師和地震學(xué)家為修訂工作提供了最近和正在進(jìn)行的研究成果，主要是基于計算機(jī)程序SHAKE和DESRA的數(shù)值分析，以及對1989年洛馬·普雷塔（Loma Prieta）地震的實(shí)證分析結(jié)果.該研討會所采納的場地系數(shù)建議值被應(yīng)用于美國國家地震減災(zāi)計劃（National Earthquake Hazards Reduction Program，縮寫為NEHRP）的新版修訂中，相比以前版本增加了場地分類數(shù)量及場地系數(shù)的量化標(biāo)準(zhǔn)（Crouse，McGuire，1996）.至此關(guān)于場地調(diào)整系數(shù)的規(guī)定迎來了重大調(diào)整，也更為規(guī)范，相關(guān)研究工作也豐富了起來.其中，會議重要成員Borcherdt基于1989年美國洛馬·普雷塔地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了場地系數(shù)等方面的研究，并于1994年提出采用四步法原則估計場地反應(yīng)譜，簡單描述為：① 確定輸入的基巖地震動反應(yīng)譜強(qiáng)度Ia和Iv；② 利用平均剪切波速度vS30（30 m深度）來描述場地條件；③ 推導(dǎo)與場地參數(shù)（剪切波速等）和地震強(qiáng)度相關(guān)的放大因子；④ 計算場地反應(yīng)譜.Borcherdt四步法可以根據(jù)具體的場地要求和現(xiàn)有信息靈活地選擇不同技術(shù)方法來估計場地的放大效應(yīng)，形成一個框架，在新的數(shù)據(jù)積累和技術(shù)程序突破時，可以將其納入其中，在此之后的研究人員采用強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行場地系數(shù)研究時也多采用這種框架.其后，于2002年對北嶺（Northridge）地震數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，根據(jù)強(qiáng)震記錄臺站附近的場地剪切波速測量或估計結(jié)果進(jìn)行場地相關(guān)放大因子的計算，在分析最小化震源輻射模式和地殼傳播路徑變化影響的基礎(chǔ)上，得到了相關(guān)場地建議值；又于2005年在美國舊金山地震臺站獲取相關(guān)強(qiáng)震數(shù)據(jù)，進(jìn)行D類和E類軟土場地的研究（Borcherdtet al，2005），并于2014年綜合四位研究學(xué)者建立的隱含場地因素項（與剪切波速相關(guān)函數(shù)）的地面運(yùn)動預(yù)測方程，得到短中期場地放大系數(shù)對比圖.其中2005年成果與NEHRP2003進(jìn)行了對比，指出D類和E類軟場場地系數(shù)規(guī)范值明顯偏?。▓D2），同時其2014年的成果也存在相同規(guī)律.

圖2 利用洛馬·普雷塔強(qiáng)震記錄基于美國規(guī)范預(yù)測的各類場地的場地調(diào)整系數(shù)（Borcherdt et al，2005）Fig.2 Predicted site adjustment coefficients from Loma Prieta strong earthquake records based on US code （Borcherdt et al，2005）

其他學(xué)者如Dobry等（1999）利用北嶺強(qiáng)運(yùn)動數(shù)據(jù)，采用譜比法推導(dǎo)震源附近土層與基巖場地地震反應(yīng)譜的放大比，得到場地土層的放大特性；多項研究基于各類強(qiáng)震動數(shù)據(jù)集（如洛馬·普雷塔地震、北嶺地震、希臘、意大利和土耳其等地震臺站采集信息）建立了可以處理線性和非線性的土壤行為的場地地震動放大模型，用以場地放大效應(yīng)研究，給出了場地系數(shù)建議值（Crouse，McGuire，1996；Rodriguez-Mareket al，1999；Joyner，Boore，2000；Stewartet al，2003；Choi，Stewart，2005；Sandikkayaet al，2013；Seyhan，Stewart，2014；Pitilakiset al，2019）.

縱觀全球范圍內(nèi)布設(shè)的臺站，高幅值（基巖峰值加速度大于0.2g）強(qiáng)震動記錄數(shù)據(jù)非常有限，涉及D類和E類軟土場地的記錄結(jié)果離散性較大，規(guī)律性不強(qiáng)；同時，在某些低地震活動性地區(qū)也缺乏強(qiáng)地面運(yùn)動數(shù)據(jù)的記錄.為了克服這一限制，數(shù)值模擬方法被應(yīng)用于較高運(yùn)動水平的場地放大系數(shù)研究中，目前國內(nèi)外多采用一維土層場地地震反應(yīng)等效線性化方法并借助參考場地譜比法給出高震級軟土場地放大系數(shù)的建議值.國外較早進(jìn)行相關(guān)研究的學(xué)者是Idriss （1990，1991），1985年墨西哥城和1989年洛馬·普雷塔地震后，他通過強(qiáng)震記錄和場地地震反應(yīng)計算方法開始了場地相對于基巖放大系數(shù)的研究，由于強(qiáng)震記錄只有0.2g以下的基巖結(jié)果，因此他以場地地震反應(yīng)計算模擬結(jié)果為補(bǔ)充，得到更大能級場地地表相對于基巖的變化關(guān)系（圖3），結(jié)果顯示，隨著基巖加速度的增加，場地放大系數(shù)逐漸減小.Hwang等（1997）使用概率性方法預(yù)測美國東部可能出現(xiàn)的地面運(yùn)動，通過人為構(gòu)造的15個場地和50個不同的土層波速模型并結(jié)合等效線性化方法，計算各類場地的反應(yīng)譜與基巖反應(yīng)譜的比值，以統(tǒng)計分析方法給出了一組場地系數(shù)Fa和Fv的建議值；Silva等（2000）采用等效線性化方法進(jìn)行加州地區(qū)的地質(zhì)單元模型的計算，以估計放大因子作為頻率的函數(shù)，并采用完全非線性分析法驗(yàn)證結(jié)果，發(fā)現(xiàn)C類、D類軟土場地系數(shù)值高于NEHRP規(guī)范值，認(rèn)為規(guī)范值不夠保守.Aboye等（2014）采用等效線性化（SHAKE2000平臺）和時域非線性（D-MOD2000平臺）方法進(jìn)行一維土層的地震響應(yīng)分析.在計算階段，當(dāng)露頭軟巖PGA≤0.3g時采用SHAKE2000平臺，當(dāng)PGA＞0.3g時采用D-MOD2000平臺，總計構(gòu)建4萬8 000組計算工況，給出了南卡羅來納州沿海平原的場地放大系數(shù)模型，該結(jié)果與NEHRP1994規(guī)范所給的建議值之間存在明顯的差別，尤其是當(dāng)基巖埋深較淺且覆蓋土層平均剪切波速小于180 m/s時差別尤為顯著；同時指出除vS30和震動強(qiáng)度之外，場地系數(shù)還受到100 m深度范圍內(nèi)土體的剛度、覆蓋層的厚度以及基巖輸入地震動的頻率等因素的影響.Moon等（2017）采用綜合了概率地震危險性算法和場地時域非線性算法的分析程序（2014 PSHA-NL）給出了上密西西比海灣區(qū)高地和低地的C，D，E類場地的放大系數(shù)，通過32萬4 000個計算工況的統(tǒng)計分析結(jié)果表明，NEHRP建議的場地系數(shù)僅適用于覆蓋層厚度小于50 m的D類場地，其大大低估了C類場地的短周期調(diào)整系數(shù)Fa，但是又高估了覆蓋層厚度超過100 m的D類和E類場地系數(shù).

圖3 基巖場地與軟土場地（E 類）加速度關(guān)系（Idriss，1990，1991）Fig.3 Acceleration relationship between bedrock site and soft soil site （class E） （Idriss，1990，1991）

Tropeano等（2018）采用了三種方法，即基于強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)放大因子法、基于場地反演的半經(jīng)驗(yàn)方法、場地等效線性化數(shù)值模擬方法，得到土壤場地峰值加速度與巖石露頭基巖峰值加速度之間的關(guān)系曲線，以數(shù)據(jù)集擬合出的中位數(shù)曲線及84%置信區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)給出了各類場地相對于基巖的放大關(guān)系（圖4），圖4所示的對比結(jié)果表明Eurocode 8 （European Committee for Standardization，2003）建議的場地系數(shù)在低震級地面運(yùn)動下出現(xiàn)明顯的低估，而在高震級地面運(yùn)動下出現(xiàn)高估.Paolucci等（2021）利用SHAKE91平臺（Sun，Idriss，1992）構(gòu)建32萬2 500個分析工況，通過一維場地等效線性化計算方法進(jìn)行場地放大系數(shù)的研究，結(jié)合場地非線性放大經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型的研究成果，建議在2021年Eurocode 8草案中引入場地放大非線性修正因子（表2），并通過KiK-net多個站點(diǎn)的地面響應(yīng)實(shí)際記錄對其進(jìn)行校核.

圖4 建議的場地放大系數(shù) FPGA 與歐洲規(guī)范及其它研究成果的對比（Tropeano et al，2018）（a） B 類場地；（b） C 類場地；（c） D 類場地Fig.4 Comparison of the proposed site amplification coefficients FPGA with European code and other research achievements （Tropeano et al，2018）（a） Site class B；（b） Site class C；（c） Site class D

表2 2021 年歐洲規(guī)范草案建議的場地放大因子（Paolucci et al，2021）Table 2 Site amplification coefficients proposed in the 2021 European draft code （Paolucci et al，2021）

總體來說，利用強(qiáng)震動觀測數(shù)據(jù)直接建立非線性場地衰減關(guān)系的方法是能最直觀地反映場地效應(yīng)的方法，這種方法是在基巖衰減關(guān)系的基礎(chǔ)上，加上場地表達(dá)項，以剪切波速或地質(zhì)年代為變量反映場地條件對地震的放大影響，以這種方式進(jìn)行場地放大系數(shù)研究的問題在于基巖衰減關(guān)系與場地衰減關(guān)系的放大比只能考慮均值的放大，而無法考慮方差等因素的影響，同時由于實(shí)際場地結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及強(qiáng)震記錄無法滿足廣泛分布的條件，會導(dǎo)致結(jié)果離散，無法建立場地衰減關(guān)系的有效表達(dá)式；而數(shù)值模擬分析法，國際上還是多采用等效線性化方法，時域非線性方法往往作為補(bǔ)充結(jié)果進(jìn)行考慮，例如，在Aboye等（2014）的研究中按照峰值加速度分段采用兩種計算方法得到場地系數(shù)結(jié)果，這種處理方式依然未考慮對土體非線性的認(rèn)知差異所帶來的對結(jié)果不確定性的影響.

2 主要研究成果的比較

國內(nèi)外場地系數(shù)的研究工作不斷取得新的成果，重點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的積累和研究方法的更新迭代.為了總結(jié)近二十年的主要研究進(jìn)展，對場地效應(yīng)影響中場地系數(shù)的給值有定量的認(rèn)識，本節(jié)給出了國內(nèi)外主要研究成果中的場地系數(shù)值，列于表3和4.表3為中國各類場地調(diào)整系數(shù)的主要研究成果，給出了不同場地相對于Ⅰ類或Ⅱ類場地的地震動峰值加速度調(diào)整系數(shù)；表4為美國及歐洲不同類別場地調(diào)整系數(shù)的主要研究成果，給出了C，D，E類場地相對于B類場地分別在周期0.2 s 和1.0 s 時的地震動峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa和Fv，其中Pitilakis等（2019）由于B類和C類場地的分類標(biāo)準(zhǔn)不同，僅給出D類和E類場地相對于A類場地的調(diào)整系數(shù)值.

表3 中國不同類別場地調(diào)整系數(shù)主要研究成果Table 3 Main research achievements of adjustment coefficients for different types of sites in China

表4 美國及歐洲不同類別場地調(diào)整系數(shù)主要研究成果Table 4 Main research achievements of the adjustment coefficient of different types of sites in America and Europe

從國內(nèi)外研究成果可以看出，由于場地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，國內(nèi)外場地效應(yīng)調(diào)整系數(shù)也有一定的差異性，尤其是對于軟土場地的放大系數(shù)的放大趨勢而言，我國與國外較為不同，這不應(yīng)僅歸因于場地類別劃分和參考場地不一致，我們應(yīng)進(jìn)一步探究國外尤其是歐美等先進(jìn)國家的研究手段，找出差異點(diǎn)，在確定我國場地系數(shù)取值時作一定的修正.

圖5在參考中國和歐美場地調(diào)整系數(shù)主要研究成果基礎(chǔ)上，給出了中國規(guī)范Ⅲ類和Ⅳ類以及參考美國、歐洲規(guī)范D類和E類軟土場地峰值加速度（國外取短周期）放大系數(shù)對比圖.為了易于對比分析，中國和歐美的放大系數(shù)均以Ⅰ類或B類硬巖場地為參考場地進(jìn)行轉(zhuǎn)換.圖中分別給出了中國與歐美相應(yīng)成果的平均值和擬合曲線，并與我國規(guī)范GB 18306—2015和美國NEHRP2014規(guī)范進(jìn)行對比.由該圖可以明顯看出，對于軟弱場地（尤其是Ⅲ類或D類場地），美國場地放大系數(shù)普遍高于我國研究成果，尤其中地震情況下這種差異更為明顯，同時我國在規(guī)范編制中也呈現(xiàn)出場地調(diào)整系數(shù)相對美國規(guī)范偏小的趨勢.

圖5 中國與歐美主要研究成果對比（a） Ⅲ類場地或 D 類場地；（b） Ⅳ類場地或 E 類場地Fig.5 Comparison of major achievements between China and Europe and America（a） Site class Ⅲ or D；（b） Site class Ⅳ or E

3 國內(nèi)外規(guī)范條文對比

場地系數(shù)研究的主流趨勢是考慮多參數(shù)影響并給出具有概率意義的區(qū)域化結(jié)果，歐美國家在這方面的工作一直處于領(lǐng)先.美國抗震規(guī)范體系中的重要版本更新有NEHRP2003，2009 和 2015，均明確給出了不同類別場地短周期（T＝0.2 s）和長周期（T＝1.0 s）加速度反應(yīng)譜調(diào)整系數(shù)Fa和Fv，以及峰值加速度調(diào)整系數(shù)FPGA.歐洲結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范Eurocode 8對于不同類別場地推薦使用不同的彈性反應(yīng)譜進(jìn)行設(shè)計（圖6）.日本相關(guān)抗震設(shè)計規(guī)范（Society of Civil Engineering，2000）考慮了遠(yuǎn)近場地震影響，給出不同場地類別的場地調(diào)整系數(shù)以指導(dǎo)場地設(shè)計地震動參數(shù)的取值（表5），其中，SL1和SL2分別相當(dāng)于我國的50年超越概率水平63%和10%的地震動（李小軍，2013）.

圖6 Eurocode 8 推薦的不同類別場地的彈性反應(yīng)譜（Ss為場地反應(yīng)譜，ag為基巖加速度）Fig.6 Recommended elastic response spectra for different types of sites in Eurocode 8（Ss is site response spectrum，ag is ground acceleration）（a） M＞5.5；（b） M≤5.5

表5 日本相關(guān)抗震設(shè)計規(guī)范中場地調(diào)整系數(shù) F a與場地類別的關(guān)系Table 5 The relationship between site influence factor Fa and site classification in Japanese railway code

我國工程抗震設(shè)計時確定地震動參數(shù)的基礎(chǔ)性規(guī)范是中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，最新版第五代地震動參數(shù)區(qū)劃圖GB 18306—2015 （中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2016）明確指出，“應(yīng)根據(jù)場地類別調(diào)整地震動峰值加速度”，并給出了不同類別場地的地震動峰值加速度調(diào)整系數(shù).通過與歐美規(guī)范中軟場地系數(shù)的對比發(fā)現(xiàn)，我國規(guī)范中軟土場地系數(shù)建議取值明顯小于歐美規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（圖7），這種結(jié)果在第二節(jié)也給出了較為全面的對比，結(jié)果顯示不僅強(qiáng)非線性階段顯著偏小，彈性放大階段取值也明顯偏小，這種差異顯然不能完全歸于區(qū)域性的差別.由于我國學(xué)者以數(shù)值模擬手段進(jìn)行場地系數(shù)確定時往往采用頻率無關(guān)等效線性化方法，而該方法在較大峰值加速度基巖輸入時會引起明顯的“共振”效應(yīng)，造成對地表地震反應(yīng)（尤其是高頻成分）的低估（盧滔，2003）.頻率相關(guān)等效線性化方法和時域非線性方法已多次被學(xué)者證明在強(qiáng)震軟土情況下的計算結(jié)果較頻率無關(guān)等效線性化方法更為合理（蔣通，邢海靈，2007；齊鑫，肖遙，2012；榮棉水等，2013），因此在新一代區(qū)劃圖編制過程中，應(yīng)考慮采用多種計算方法進(jìn)行場地效應(yīng)研究，以給出合理的場地調(diào)整系數(shù)建議值.

圖7 中國現(xiàn)行規(guī)范與美國、歐洲規(guī)范建議的軟弱土層場地調(diào)整系數(shù)對比Fig.7 Comparison of site adjustment coefficient for soft soil layer suggested by current Chinese codes and American and European codes

4 討論與結(jié)論

目前，場地影響的發(fā)展趨勢是關(guān)注“多概率、多參數(shù)”的理念，這也是國際地震區(qū)劃工作的發(fā)展重點(diǎn).我國新一代地震區(qū)劃工作也將引入“多概率、多參數(shù)”的編圖理念，這對場地效應(yīng)調(diào)整的研究工作提出了新的技術(shù)需求.

本文對國內(nèi)外場地系數(shù)的相關(guān)工作進(jìn)行總覽，通過主要研究成果和相關(guān)規(guī)范的對比分析，指出我國軟土場地系數(shù)給值小于國際水平.導(dǎo)致這種差異的原因一方面由于地域性差異，場地系數(shù)確定過程中會考慮一定的政策修訂；另一方面我國以往地震動參數(shù)區(qū)劃圖中確定場地調(diào)整系數(shù)所采用的計算方法為等效線性化方法（頻率無關(guān)等效線性化方法），該方法概念簡單、易于工程應(yīng)用，但只適用于小應(yīng)變范圍的計算，當(dāng)土體進(jìn)入強(qiáng)非線性狀態(tài)時，該方法計算結(jié)果與觀測結(jié)果相差較大.新一代區(qū)劃圖關(guān)注多概率下不同場地條件對地震動參數(shù)幅值和頻譜特性的影響，極低概率（高強(qiáng)）地震作用時，土體（尤其軟土）容易進(jìn)入強(qiáng)非線性狀態(tài)，因此采用傳統(tǒng)等效線性化方法建立的場地調(diào)整系數(shù)，無法合理地描述土體強(qiáng)非線性力學(xué)行為，從而影響地震區(qū)劃結(jié)果的科學(xué)性和合理性.為了解決強(qiáng)非線性條件下場地地震反應(yīng)的數(shù)值計算問題，不同研究人員提出了各種改進(jìn)方法，包括頻率相關(guān)等效線性化和時域非線性等方法.不同計算方法的差異從本質(zhì)上反映了研究人員對土體非線性力學(xué)行為的認(rèn)知不確定性，單一地采用一種方法進(jìn)行場地調(diào)整系數(shù)的研究難以反映這種不確定性，也會帶來結(jié)果的不合理，需要綜合國際上認(rèn)可的其它類計算方法進(jìn)行地震動參數(shù)場地調(diào)整系數(shù)的研究.

同時，在“多參數(shù)”的編圖背景下，地下軌道交通和地下管道交通抗震規(guī)范以及地下管道區(qū)劃工作已對PGV場地調(diào)整系數(shù)提出了明確的行業(yè)需求，因此基于多參數(shù)（PGA，PGV，PGD）場地調(diào)整系數(shù)的區(qū)劃研究工作將是進(jìn)一步提升我國震害防御能力的基本保障.而目前基于PGV和PGD的場地地震動參數(shù)調(diào)整系數(shù)的研究幾乎空白，這就要求我們在新一代區(qū)劃圖的編制工作全面啟動過程中，不斷推進(jìn)相關(guān)工作，結(jié)合編圖標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)需求給出新的科學(xué)成果，為基礎(chǔ)規(guī)范建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐.