葉迎晨

摘要以上海地區(qū)作為深厚覆蓋層地區(qū)代表，在豐富的地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，全面、系統(tǒng)地分析了100 m 以深地層的土層分布、剪切波速、土動(dòng)力特性參數(shù)、密度和地震輸入界面這5個(gè)不確定因素可能的分布范圍，并采用邏輯樹分析方法，利用等效線性化土層地震反應(yīng)分析，計(jì)算得到了這5種不確定因素在23種工況下3個(gè)超越概率、4個(gè)典型地質(zhì)孔的地表峰值加速度和反應(yīng)譜結(jié)果。經(jīng)分析表明，100 m 以深地層的土動(dòng)力特性參數(shù)、剪切波速、土層分布、密度屬于低敏感性因素，其不確定性對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)影響較小，峰值加速度差異基本在5%以內(nèi)；地震輸入界面屬于高敏感性參數(shù)，對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)（尤其是低頻段）影響較大，最大差異可達(dá)30%—40%。地震安全性評(píng)價(jià)工作中應(yīng)合理設(shè)定地震輸入界面，以避免可能對(duì)工程抗震設(shè)防參數(shù)帶來(lái)的不利影響。

關(guān)鍵詞深厚覆蓋層地區(qū)；深部地層不確定性；土層地震反應(yīng)；地震動(dòng)參數(shù)

中圖分類號(hào)： P315.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：2096-7780（2023）05-0193-10

doi：10.19987/j.dzkxjz.2023-011

Uncertainty analysis of seismic response of soil layerin deep overburden area

Ye Yingchen

（Shanghai Yuchen Engineering Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201108， China）

AbstractTaking Shanghai area as the representative of deep overburden area，based on abundant geological data， this paper comprehensively and systematically analyzes the possible distribution range of 5 uncertain factors，includingsoil layer distribution，shear wave velocity，soil dynamic characteristic parameters，density and seismic input interface， in a depth of 100 m，and uses the logic tree analysis method and equivalent linear method for seismic response analysis ofsoil layers，the surface peak acceleration and response spectrum results of 5 uncertain factors，3 exceedance probabilitiesand 4 typical geological holes under 23 working conditions are calculated. It shows that the parameters of soil dynamiccharacteristics，shearwavevelocity，soillayerdistributionanddensityinthedepthof 100 marelowsensitive parameters，and their uncertainty have little impact on the ground motion parameters，the difference of peak acceleration are basically within 5%. The seismic input interface is a highly sensitive parameter，which has a great impact on the ground motion parameters （especially to the low frequency band），with the maximum difference of 30%—40%. The seismic input interface should be reasonably set in the seismic safety evaluation to avoid the adverse impact on the seismic fortification parameters of the project.

Keywords deepoverburdenarea; deepstratumuncertainty; seismicresponseofsoillayer; groundmotionparameters

引言

土層地震反應(yīng)分析是工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)工作中重要環(huán)節(jié)之一，其結(jié)果的合理性對(duì)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防十分重要。根據(jù)地震安評(píng)規(guī)范[1]中有關(guān)工程場(chǎng)地勘測(cè)的規(guī)定，Ⅱ級(jí)工作中控制孔深度超過(guò)100 m 時(shí)，剪切波速仍小于500 m/s，可終孔。對(duì)于深厚覆蓋層地區(qū)（如上海、江蘇沿海城市等），基巖埋深一般大于100 m 甚至千余米，100 m 深度以淺的地層主要以第四紀(jì)松散沉積物為主。大量的工程經(jīng)驗(yàn)顯示，該類土層在100 m深度處的剪切波速可能達(dá)不到500 m/s。因此，深厚覆蓋層地區(qū)的Ⅱ級(jí)地震安評(píng)工作鉆孔勘測(cè)深度一般設(shè)定在100 m左右。

對(duì)于深厚覆蓋層場(chǎng)地，土層地震反應(yīng)分析的不確定性根據(jù)模型參數(shù)的來(lái)源可劃分為已知參數(shù)的不確定性和未知參數(shù)的不確定性。已知參數(shù)的不確定性分布于勘測(cè)深度范圍，主要受工作量、儀器、試驗(yàn)條件等限制，如輸入隨機(jī)地震動(dòng)時(shí)程的條數(shù)、土層剪切波速測(cè)試間隔、土動(dòng)力試驗(yàn)樣品取樣數(shù)量、剪切波速測(cè)試儀和土動(dòng)力試驗(yàn)儀的精度，以及剪切波速測(cè)試過(guò)程中鉆孔對(duì)地層的擾動(dòng)、鉆探取樣和樣品制備過(guò)程對(duì)原狀土層狀態(tài)的擾動(dòng)等。未知參數(shù)的不確定性則源于100 m 以深至地震輸入界面深度范圍土層模型參數(shù)的未知性。

對(duì)于已知參數(shù)的不確定性分析，已有研究較多。石玉成等[2]針對(duì)基巖地震動(dòng)輸入、計(jì)算模型、場(chǎng)地介質(zhì)參數(shù)的不確定性對(duì)場(chǎng)地地震反應(yīng)分析的影響進(jìn)行了研究；樓夢(mèng)麟等[3]研究了上海軟土的動(dòng)力參數(shù)變異性對(duì)土層地震反應(yīng)的影響；馮偉棟等[4]采用等效線性化方法分析了土層剪切波速、輸入界面、分層等參數(shù)變異性對(duì)場(chǎng)地地表地震動(dòng)的影響。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等對(duì)地震安評(píng)工作中已知參數(shù)給出了較為明確的要求，如輸入地震動(dòng)時(shí)程條數(shù)不少于3條、剪切波速測(cè)試間距不大于1 m、典型土樣采樣間距要求等，在嚴(yán)格按規(guī)定開展地震安評(píng)工作的條件下，其結(jié)果的精確度基本可滿足工程應(yīng)用的需求。而對(duì)于未知參數(shù)不確定性分析的相關(guān)研究則較少，已有的研究主要集中于地震輸入界面對(duì)場(chǎng)地地震動(dòng)的影響，如洪海春等[5]對(duì)江蘇鹽城地區(qū)100 m 深度處剪切波速仍小于500 m/s 的情況，研究了地震輸入界面位置的不確定性對(duì)地震反應(yīng)的影響；深部地層各因素的不確定性分析尚缺乏全面、系統(tǒng)的研究。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等對(duì)100 m 以深至地震輸入界面范圍的土層模型如何確定未給出明確要求。目前，地震安評(píng)工作中一般處理方式為參考鄰近的基巖孔或物探資料確定基巖埋深、土層性質(zhì)及層位，采用深孔波速資料擬合或者淺部實(shí)測(cè)波速擬合外推的方式獲取深部剪切波速資料，參考類似土性的土動(dòng)力試驗(yàn)參數(shù)和密度參數(shù)確定等。然而，不論采用何種方式，其結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性仍有待商榷，進(jìn)而可能對(duì)工程的地震安全性產(chǎn)生影響。因此，全面、系統(tǒng)地研究深部地層參數(shù)不確定性對(duì)場(chǎng)地地表地震動(dòng)參數(shù)的影響在地震安評(píng)工作中有著迫切需要。

本文以上海地區(qū)作為深厚覆蓋層地區(qū)代表，通過(guò)分析深部地層的不確定因素可能的變化范圍，研究各因素的不確定性對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)的影響，為地震安評(píng)工作提供參考。

1 不確定性分析方法

目前土層地震反應(yīng)分析主要采用的方法為等效線性化波動(dòng)方法（ Equivalent Linear Method，EQLM），該方法假設(shè)剪切波從黏彈性半無(wú)限基巖空間垂直入射到水平層非線性土體中，并向上傳播，根據(jù)波傳播理論，利用傅氏變換法結(jié)合土體非線性特性的復(fù)阻尼模量及等效線性化處理方法可以計(jì)算出場(chǎng)地介質(zhì)的動(dòng)力反應(yīng)值[6]。根據(jù)波動(dòng)理論及復(fù)阻尼理論可知，每一土層中介質(zhì)運(yùn)動(dòng)必須滿足波動(dòng)方程：

式中，U為土層中介質(zhì)反應(yīng)的位移值；ρ為土層中介質(zhì)的密度；G為介質(zhì)的動(dòng)力復(fù)剪切模量，與動(dòng)剪切模量、阻尼比和剪切應(yīng)變有關(guān)。

土層地震反應(yīng)分析中深部地層的不確定因素有多種，完整的地層模型參數(shù)包括土層分布、土動(dòng)力特性參數(shù)、剪切波速、密度和地震輸入界面5個(gè)。

邏輯樹方法是表達(dá)各環(huán)節(jié)參數(shù)的不確定性的有效工具，邏輯樹上的節(jié)點(diǎn)代表不同的不確定因素，分支代表該因素可能分布的范圍，地震危險(xiǎn)性分析中常采用該方法來(lái)開展不確定性分析[7-9]。因此，本文采用邏輯樹方法，將5個(gè)因素列入邏輯樹節(jié)點(diǎn)中，各節(jié)點(diǎn)之間相互獨(dú)立，單獨(dú)分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同分支的終端結(jié)果的敏感性并進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而得出不同因素的不確定性影響程度。因本文分析的對(duì)象為地層模型中100 m 以深的部分，而不同類型的淺部地層可能產(chǎn)生不同的研究結(jié)果，為增加分析結(jié)果的代表性，本次同時(shí)對(duì)各種不同淺部地質(zhì)條件下的地層模型開展分析。圖1為本文分析所用的邏輯樹示意圖。

2 不確定因素范圍分析

本文研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于如何確定深部地層這5個(gè)參數(shù)可能的變化范圍，并在此基礎(chǔ)上分析參數(shù)不確定性對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)的影響。

上海作為典型的深厚覆蓋層地區(qū)，開展了大量的地質(zhì)勘探和地震安評(píng)工作，有著豐富的地質(zhì)鉆孔、剪切波速、土層物理力學(xué)參數(shù)和土動(dòng)力參數(shù)資料，深孔資料亦分布廣泛。這些資料覆蓋面廣、代表性強(qiáng)，在此基礎(chǔ)上開展本項(xiàng)研究可靠性高。

2.1 土層分布

根據(jù)深孔資料[10]分析可知，上海地區(qū)覆蓋土層厚度一般在200—300 m 范圍內(nèi)，基巖埋深呈現(xiàn)出由西向東、由南向北逐漸增大的趨勢(shì)；100 m 以深土層主要以黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、粗砂為主，局部為砂質(zhì)粉土；按土性大致可分為黏性土和砂土兩大類，其中黏性土狀態(tài)一般為可塑—硬塑，砂土狀態(tài)一般為密實(shí)，交替分布，局部呈互層狀；100 m 以深地層在上海西部地區(qū)以黏性土為主，東部地區(qū)以砂土為主。因此，100 m 以深至地震輸入界面范圍內(nèi)的土層分布在全部黏性土—全部砂土范圍內(nèi)，可細(xì)分為3種工況：工況1（全部黏性土）、工況2（黏性土與砂土交替分布）和工況3（全部砂土）。

2.2 土動(dòng)力特性參數(shù)

由于100 m 以深土層的土動(dòng)力特性參數(shù)試驗(yàn)研究成果很少，工程應(yīng)用中一般采用參考100 m 以淺同類土層參數(shù)的方法，其不確定性在于土層埋深可能產(chǎn)生的影響。理論分析可知，隨著深度的增大，土體受到的圍壓隨之增大，土體更加緊密，對(duì)應(yīng)的剪切模量比增大、阻尼比減小，其不確定之處在于土動(dòng)力特性參數(shù)隨深度變化的幅度大小。

張亞軍等[11]曾對(duì)上海地區(qū)土層按標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行了動(dòng)剪切模量比和阻尼比的統(tǒng)計(jì)研究，利用數(shù)百個(gè)土樣的共振柱/動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)模型擬合的方式給出了上海地區(qū)②—⑨層土的土動(dòng)力特性參數(shù)，該結(jié)果對(duì)上海地區(qū)土層具有較高的代表性，表1為土層分類及土動(dòng)力特性參數(shù)特征。

從表1可以看出，黏性土中⑤4層粉質(zhì)黏土的動(dòng)剪切模量比最大、阻尼比最小，該層為古河道沉積地層，與⑥層粉質(zhì)黏土土性類似，但埋深較大，對(duì)應(yīng)的模量參數(shù)較大；砂土中埋深最大的⑨2層中粗砂的動(dòng)剪切模量比最大、阻尼比最小。因此，按“土性類似、深度就近”的原則，100 m 深度處黏性土采用⑤4層可塑—硬塑狀粉質(zhì)黏土的土動(dòng)力特性參數(shù)，砂土采用⑨2層密實(shí)狀中粗砂的土動(dòng)力特性參數(shù)。

參考100 m 以淺土層參數(shù)隨深度變化的幅度，通過(guò)類比的方法確定100 m 以深土層動(dòng)力特性參數(shù)的變化范圍。根據(jù)張亞軍等[11]的研究成果，黏性土在2—50 m 深度范圍內(nèi)動(dòng)剪切模量比變化范圍為1.0—1.7，阻尼比變化范圍為0.7—0.9；砂土在5—100 m 深度范圍內(nèi)動(dòng)剪切模量比變化范圍為1.0—1.3，阻尼比變化范圍為0.5—0.7。進(jìn)而確定200 m 深度處黏性土和砂土動(dòng)剪切模量比變化幅度相對(duì)于100 m 深度處分別為1.0—2.0和1.0—1.6，阻尼比變化幅度分別為0.5—0.7和0.4—0.6。100—200 m 以及200 m 以深部分土動(dòng)力特性參數(shù)按深度插值獲得。

實(shí)際分析時(shí)，100 m 深度處土層的土動(dòng)力特性參數(shù)采用淺部類似土層的參數(shù)，200 m 深度處土層的土動(dòng)力特性參數(shù)采用100 m 處的參數(shù)按類比的比值確定，以此為基準(zhǔn)工況，考慮一定的變化范圍，按?50%—+100%的范圍設(shè)置了5種工況條件（圖2），200 m 深度處土動(dòng)力特性參數(shù)變化分別為：

●工況4：動(dòng)剪切模量比?50%，阻尼比+100%；

●工況5：動(dòng)剪切模量比?25%，阻尼比+50%；

●工況6：動(dòng)剪切模量比和阻尼比均為基準(zhǔn)值；

●工況7：動(dòng)剪切模量比+50%，阻尼比?25%；

●工況8：動(dòng)剪切模量比+100%，阻尼比?50%。

2.3 剪切波速

大量學(xué)者對(duì)剪切波速與深度之間的關(guān)系開展了深入研究[12-15]，從研究成果中可以看出，剪切波速與深度有顯著的相關(guān)性，基本上呈現(xiàn)出隨深度增大而增大的趨勢(shì)，各學(xué)者研究方法的區(qū)別主要在于采用何種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通常包括線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、冪函數(shù)+常數(shù)函數(shù)等。然而，不論采用何種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，剪切波速隨深度的變化幅度均呈現(xiàn)出隨深度增加而逐漸減小的態(tài)勢(shì)，在100 m 以深時(shí)則近似呈線性。因此，本文對(duì)100 m 深度至地震輸入界面范圍的剪切波速采用線性模型，其中100 m 處剪切波速取實(shí)測(cè)均值，地震輸入界面處剪切波速取經(jīng)驗(yàn)值并考慮其不確定性。

根據(jù)上海地區(qū)已有的實(shí)測(cè)深孔波速資料經(jīng)驗(yàn)擬合公式，選取地震輸入界面代表性深度280 m，計(jì)算得到該深度處剪切波速為585 m/s 左右；上海地區(qū)已開展的大量地震安評(píng)波速測(cè)試結(jié)果顯示，100 m 處剪切波速主要范圍為400—450 m/s，將實(shí)測(cè)波速與深孔波速擬合公式進(jìn)行銜接調(diào)整后，280 m 處剪切波速范圍為620—670 m/s。根據(jù)以上分析結(jié)果，考慮深度280 m 處剪切波速的不確定性，本次研究取550—700 m/s 范圍進(jìn)行分析，細(xì)分工況為4種（圖3）：

●工況9：深度280 m 處，波速550 m/s；

●工況10：深度280 m 處，波速600 m/s；

●工況11：深度280 m 處，波速650 m/s；

●工況12：深度280 m 處，波速700 m/s。

2.4 密度

密度資料相較于土動(dòng)力特性參數(shù)和剪切波速資料更加豐富，工程地質(zhì)勘察工作一般均涉及大量土樣的密度試驗(yàn)。100 m 以淺地層的密度在上海市勘察規(guī)范[16]中給出了統(tǒng)計(jì)范圍；隨著大量超高層項(xiàng)目的建設(shè)，100 m 以深地層在勘察工作中亦開展了大量土工試驗(yàn)[10]，勘察深度最深可達(dá)290 m。經(jīng)收集、整理這些密度資料，統(tǒng)計(jì)分析后得到：深度50—100 m 范圍，黏性土密度在1.90—2.10 g/cm3范圍內(nèi)，砂土密度在1.81—2.16 g/cm3范圍內(nèi)；深度100—290 m 范圍，黏性土密度在1.94—2.09 g/cm3范圍內(nèi)，砂土密度在1.90—2.19 g/cm3范圍內(nèi)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，土層密度隨深度的變化較小，可基本確定100 m 以深的黏性土密度可能在1.9—2.1 g/cm3范圍內(nèi)，砂土密度可能在1.8—2.2 g/cm3范圍內(nèi)。細(xì)分密度工況為5種：

●工況13：黏性土密度1.90 g/cm3，砂土密度1.80 g/cm3；

●工況14：黏性土密度1.95 g/cm3，砂土密度1.90 g/cm3；

●工況15：黏性土密度2.00 g/cm3，砂土密度2.00 g/cm3；

●工況16：黏性土密度2.05 g/cm3，砂土密度2.10 g/cm3；

●工況17：黏性土密度2.10 g/cm3，砂土密度2.20 g/cm3。

2.5 地震輸入界面

對(duì)于深厚覆蓋層地區(qū)，地震安評(píng)規(guī)范[1]規(guī)定 II 級(jí)工作地震輸入界面應(yīng)采用剪切波速不小于500 m/s 的土層頂面。實(shí)際工作中對(duì)于地震輸入界面的選取不盡相同。上海地區(qū)一般采用基巖鉆孔資料確定基巖面埋深，以基巖面作為地震輸入界面，基巖剪切波速采用800 m/s；其他地區(qū)有以剪切波速500 m/s 或550 m/s 作為地震輸入界面的，這些地震輸入界面選取方法均符合規(guī)范要求。經(jīng)綜合考慮，本文中地震輸入界面確定方法要求：①基巖面；②剪切波速為500—700 m/s 的土層深度頂面。對(duì)應(yīng)的工況可細(xì)分為6種：

●工況18：基巖深度（剪切波速800 m/s）；

●工況19：剪切波速500 m/s 深度；

●工況20：剪切波速550 m/s 深度；

●工況21：剪切波速600 m/s 深度；

●工況22：剪切波速650 m/s 深度；

●工況23：剪切波速700 m/s 深度。

3 計(jì)算模型的確定

上海地區(qū)工程地質(zhì)條件有明顯的分區(qū)特點(diǎn)，有正常沉積地層區(qū)、古河道地層區(qū)，有的淺部以粉性土為主、有的淺部以淤泥質(zhì)土為主、有的淺部以硬土層為主的地質(zhì)條件，也有Ⅲ類和Ⅳ類場(chǎng)地等地質(zhì)條件，這些基本上代表了深厚覆蓋層地區(qū)的各種地層分布情況。

本文研究以地層參數(shù)為重點(diǎn)分析對(duì)象，為考慮不同地質(zhì)條件可能存在的影響，選取了4種典型地層條件下的鉆孔模型開展不確定性分析，分別為：①湖沼平原地區(qū)暗綠色硬土層分布較淺的地層，淺部土層土質(zhì)較硬，一般屬Ⅲ類場(chǎng)地；②濱海平原地區(qū)正常地層，淺部有厚層淤泥質(zhì)土；③濱海平原地區(qū)古河道地層，古河道切割深度大，分布有厚層的黏性土；④河口、砂嘴、砂島地區(qū)淺部粉性土分布地層。這4種典型地層鉆孔模型的100 m 以淺地層采用實(shí)際鉆探成果，100 m 以深地層在基準(zhǔn)工況情況下參考鄰近的基巖地質(zhì)孔成果[10]，其地層剖面分布如圖4 所示。

計(jì)算模型中0—100 m 深度范圍地層參數(shù)為實(shí)測(cè)值或?qū)崪y(cè)統(tǒng)計(jì)值，100 m 以深范圍的地層參數(shù)分以上23種工況進(jìn)行分析，其中基準(zhǔn)工況為：土層分布參照鄰近深孔地層，即黏性土與砂土交替分布；土動(dòng)力特性參數(shù)為100 m 處采用淺部同類土層的參數(shù)，200 m 深度處土層的土動(dòng)力特性參數(shù)采用100 m 處的參數(shù)按類比的比值確定，其余深度按插值確定；剪切波速采用280 m 波速中間值625m/s；密度采用統(tǒng)計(jì)中值，即黏性土密度2 g/cm3和砂土密度2 g/cm3；地震輸入界面采用基巖面，基巖剪切波速為800 m/s。不確定分析時(shí)僅對(duì)100 m 以深地層的單個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，其他參數(shù)采用基準(zhǔn)工況。

4 土層地震反應(yīng)分析計(jì)算

考慮不同地震動(dòng)輸入幅值和隨機(jī)時(shí)程數(shù)量可能存在的影響，本文采用3個(gè)超越概率、每個(gè)超越概率6條時(shí)程的方案，每個(gè)工況每個(gè)地層模型輸入時(shí)程樣本數(shù)量為18條。

基巖地震動(dòng)輸入采用上海地區(qū)所在區(qū)域的五代圖潛在震源區(qū)劃分方案和五代圖對(duì)應(yīng)的東部活躍區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系計(jì)算得到的基巖反應(yīng)譜（超越概率50年63%的 PGA 為22.2 cm/s2、50年10%的 PGA 為75.9 cm/s2、50年2%的 PGA 為145.1 cm/s2，主要受近場(chǎng)地震影響），利用三角級(jí)數(shù)疊加法合成基巖地震加速度時(shí)程。

以此為地震動(dòng)輸入值，采用土層地震反應(yīng)等效線性化分析方法，計(jì)算得到的23個(gè)工況、4種典型地層的地表峰值加速度和周期1.0 s處反應(yīng)譜結(jié)果見圖5和圖6。

圖7為5個(gè)地層參數(shù)在不同工況下，不同周期處（0 s、0.1 s、0.3 s、0.5 s、1.0 s、1.5 s、1.9 s、2.5 s、3.1 s、5.0 s）反應(yīng)譜結(jié)果與基準(zhǔn)工況偏差的絕對(duì)百分比分布情況。

圖8為選取的典型地層2在50年超越概率10%條件下計(jì)算結(jié)果中不同周期的反應(yīng)譜偏差隨周期的變化曲線，以及不同地震輸入界面工況下反應(yīng)譜曲線對(duì)比。

5 結(jié)果分析

從圖5和圖6可以看出，不同超越概率條件下各工況對(duì)地表峰值加速度和反應(yīng)譜的影響規(guī)律基本一致。

從圖7和圖8可以看出，不同地震動(dòng)輸入情況下的峰值加速度和反應(yīng)譜值結(jié)果變化情況差別較小，不同地層模型參數(shù)的變化對(duì)地表峰值加速度和反應(yīng)譜的影響以及不同周期處的反應(yīng)譜影響有較大差異。

從圖5—圖8的分析中可得到如下結(jié)果：

（1）土層分布不確定性對(duì)地表地震動(dòng)影響小，PGA 偏差基本在3.5%以內(nèi)，砂土對(duì)地表峰值加速度影響為正，黏性土影響為負(fù)（圖5），對(duì)周期1.0 s處反應(yīng)譜值影響很小，無(wú)明顯趨勢(shì)（圖6）；土層分布對(duì)地表反應(yīng)譜高頻段影響比低頻段大，主要影響范圍在0—0.4 s，影響峰值點(diǎn)在0.1—0.13 s 左右，在周期2.8 s 之后影響很小（圖7和圖8a）。

（2）土動(dòng)力特性參數(shù)不確定性對(duì)地表地震動(dòng)影響較小，PGA偏差基本在4.8%以內(nèi)，高動(dòng)剪切模量比、低阻尼比對(duì)地表峰值加速度影響為正，低動(dòng)剪切模量比、高阻尼影響為負(fù)（圖5），對(duì)周期1.0 s處反應(yīng)譜值影響很小，無(wú)明顯趨勢(shì)（圖6）；土動(dòng)力特性參數(shù)對(duì)地表反應(yīng)譜高頻段影響比低頻段大，主要影響范圍在0—0.4 s，影響峰值點(diǎn)在0.1—0.13 s 左右，在周期2.8 s 之后影響很小（圖7和圖8b）。土動(dòng)力特性參數(shù)與土層分布對(duì)地表反應(yīng)譜的影響基本一致。

（3）剪切波速不確定性對(duì)地表地震動(dòng)影響小，PGA 偏差基本在3.5%以內(nèi)，深部剪切波速高時(shí)對(duì)地表峰值加速度影響為正，深部剪切波速低時(shí)影響為負(fù)（圖5），對(duì)周期1.0 s處反應(yīng)譜值影響小，影響趨勢(shì)無(wú)規(guī)律（圖6）；剪切波速對(duì)地表反應(yīng)譜整體均有影響，對(duì)低頻段的影響比高頻段稍大（圖7和圖8c）。

（4）密度不確定性對(duì)地表地震動(dòng)影響很小，PGA 偏差基本在1.5%以內(nèi)，高密度對(duì)地表峰值加速度影響為正，低密度影響為負(fù)（圖5），對(duì)周期1.0 s處反應(yīng)譜值影響很小，無(wú)明顯趨勢(shì)（圖6）；密度對(duì)地表反應(yīng)譜低頻段影響比高頻段大，主要影響范圍在1—4 s 左右，影響峰值點(diǎn)在1.5 s左右（圖7和圖8d）。

（5）不同地震輸入界面對(duì)地表地震動(dòng)影響較大， PGA 偏差最大可達(dá)15.7%，地震輸入界面對(duì)應(yīng)剪切波速高對(duì)地表峰值加速度影響為正，剪切波速低影響為負(fù)（圖5），對(duì)周期1.0 s 處反應(yīng)譜值影響與 PGA 一致（圖6）；不同地震輸入界面對(duì)地表反應(yīng)譜低頻段影響比高頻段大，偏差最大可達(dá)30%—40%，主要影響范圍在0.3—5 s 左右，影響峰值點(diǎn)在2.2 s 左右（圖7、圖8e 和圖8f）。

6 結(jié)論

本文以上海地區(qū)作為深厚覆蓋層地區(qū)代表，采用邏輯樹的方法分析了土層地震反應(yīng)分析中100 m 以深地層模型參數(shù)不確定性對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)的影響，得到如下結(jié)論：

（1）地震輸入界面的剪切波速設(shè)定越高和深部地層的高動(dòng)剪切模量比及低阻尼比、高剪切波速、砂性土分布多、密度高，這些工況條件對(duì)地表峰值加速度影響為正，反之為負(fù)。

（2）100 m 以深地層各因素對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)影響程度由大到小依次為：地震輸入界面、土動(dòng)力特性參數(shù)、剪切波速、土層分布、密度。

（3）100 m 以深地層的土動(dòng)力特性參數(shù)、剪切波速、土層分布、密度不確定性對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)影響較小，產(chǎn)生的峰值加速度差異基本在5%以內(nèi)，屬低敏感性參數(shù)；不同地震輸入界面對(duì)地表地震動(dòng)參數(shù)影響較大，尤其對(duì)反應(yīng)譜長(zhǎng)周期段，產(chǎn)生的差異最大可達(dá)30%—40%，屬高敏感性參數(shù)。

（4）深部地層的土層分布、土動(dòng)力特性參數(shù)變化對(duì)地表反應(yīng)譜高頻段較為敏感；剪切波速和密度變化對(duì)地表反應(yīng)譜整體均有影響，在低頻段影響偏大；不同地震輸入界面對(duì)地表反應(yīng)譜低頻段影響較大。

（5）在深厚覆蓋層地區(qū)地震安全性評(píng)價(jià)工作中，地震輸入界面的選取屬于高敏感性參數(shù)，應(yīng)合理設(shè)定地震輸入界面，以避免可能對(duì)工程抗震設(shè)防參數(shù)帶來(lái)的不利影響。

參考文獻(xiàn)

［1］全國(guó)地震標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)：GB17741—2005[S].北京：全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)，2005

National Technical Committee for Seismic Standardization. Evaluation of seismic safety for engineering sites：GB17741—2005[S]. Beijing：National Public Service Platform for Standards Information，2005

［2］石玉成，蔡紅衛(wèi)，徐暉平.場(chǎng)地地震反應(yīng)分析中的不確定性及其處理方法[J].西北地震學(xué)報(bào)，1999，21（3）：242-246

Shi Y C，Cai H W，Xu H P. Uncertainties in site earthquake response and way of its processing[J]. Northwestern Seismological Journal，1999，21（3）：242-246

［3］樓夢(mèng)麟，嚴(yán)國(guó)香，沈建文，等.上海軟土動(dòng)力參數(shù)變異性對(duì)土層地震反應(yīng)的影響[J].巖土力學(xué)，2004，25（9）：1368-1372

Lou M L，Yan G X，Shen J W，et al. Effect of variability of dynamic parameters of soft soil in Shanghai region on seismic response of layered soil[J]. Rock and Soil Mechanics，2004，25（9）：1368-1372

［4］馮偉棟，曹均鋒，彭劉亞，等.土層模型參數(shù)變異性對(duì)場(chǎng)地地表地震動(dòng)的影響分析[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，22（3）：28-34

Feng W D，Cao J F，Peng L Y，et al. Analysis of influence of soil model parameter variability on ground motion response[J]. Journal of Institute of Disaster Prevention，2020，22（3）：28-34

［5］洪海春，許漢剛，陶小三，等.控制性深孔地震輸入界面位置的確定方法和影響研究[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2013，8（1）：52-61

Hong H C，Xu H G，Tao X S，et al. Determination and effect of earthquake input interface of deep governing holes[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2013，8（1）：52-61

［6］胡聿賢.地震安全性評(píng)價(jià)技術(shù)教程[M].北京：地震出版社，1999

Hu Y X. Technical tutorial on seismic safety evaluation[M]. Beijing：Seismological Press，1999

［7］陳漢堯，胡聿賢.地震危險(xiǎn)性不確定性分析中專家意見的合理綜合[J].華北地震科學(xué)，1993，11（3）：1-8

Chen H Y，Hu Y X. Arational comprehension of experts opinions in analysis of uncertainty of seismic risk[J]. North China Earthquake Sciences，1993，11（3）：1-8

［8］楊智嫻，張培震，鄭月君.用邏輯樹方法估計(jì)地震年發(fā)生率的不確定性[J].地震學(xué)報(bào)，1998，20（2）：185-193

Yang Z X，Zhang P Z，Zheng Y J. Uncertainty of estimating the annual occurrence rate of earthquakes using the logic tree method[J]. Acta SeismologicaSinica，1998，20（2）：185-193

［9］章在墉.地震危險(xiǎn)性分析及其應(yīng)用[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996

Zhang Z Y. Seismic risk analysis and its application[M]. Shanghai：Tongji University Press，1996

［10］上海市地質(zhì)資料館.上海地質(zhì)資料信息共享平臺(tái)[DB/OL].[2023-02-12]. https：//data.sigs.cn/

Shanghai Geological Data Center. Shanghai geological data information sharing platform[DB/OL].[2023-02-12]. https：//data.sigs.cn/

［11］張亞軍，蘭宏亮，崔永高.上海地區(qū)土動(dòng)剪切模量比和阻尼比的統(tǒng)計(jì)研究[J].世界地震工程，2010，26（2）：171-175

Zhang Y J，Lan H L，Cui Y G. Statistical studies on shear modulus ratio and damping ratios of soil in Shanghai area[J]. World Earthquake Engineering，2010，26（2）：171-175

［12］李敏，楊立國(guó)，陳海鵬，等.杭州市典型土層剪切波速與埋深間的關(guān)系分析[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2020，15（1）：77-88

Li M，Yang L G，Chen H P，et al. Relationship between shear wave velocity and soil depth of typical soil layers in Hangzhou area[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2020，15（1）：77-88

［13］劉紅帥，鄭桐，齊文浩，等.常規(guī)土類剪切波速與埋深的關(guān)系分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（7）：1142-1149

Liu H S，Zheng T，Qi W H，et al. Relationship between shear wave velocity and depth of conventional soils[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32（7）：1142-1149

［14］戰(zhàn)吉艷，陳國(guó)興，劉建達(dá)，等.蘇州城區(qū)深軟場(chǎng)地土剪切波速與土層深度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[J].世界地震工程，2009，25（2）：11-17

Zhan J Y，Chen G X，Liu J D，et al. Empirical relationship between shear wave velocity and soil depth on deep soft sites in urban area of Suzhou city[J]. World Earthquake Engineering，2009，25（2）：11-17

［15］榮綿水，呂悅軍，蔣其峰，等.渤海常見土類剪切波速與埋深關(guān)系分析[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2017，12（2）：288-297

Rong M S，Lü Y J，Jiang Q F，et al. Relationship between shear wave velocity and depth for conventional soils in the Bohai sea area[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention，2017，12（2）：288-297

［16］巖土工程勘察規(guī)范：GB50021—2001[S].鄭州：黃河水利出版社，2002

Code for investigation of geotechnical engineering：GB50021—2001[S]. Zhengzhou：Yellow River Water Conservancy Publishing House，2002