黄土地区复杂场地条件对地震动放大效应的影响机理研究

汶川Ms8.0地震造成黄土地区局部场地的震害和地震动放大效应明显，本项研究以汶川地震甘肃灾区典型黄土场地为重点研究区域，在收集和分析黄土地区历史震害资料的基础上，补充黄土复杂场地条件对其震害和地震动放大效应的针对性调查。利用汶川地震强震动记录及其场地钻孔、波速资料，研究强震动作用下，黄土场地的地震反应与地震波传播的特征。通过现场地脉动测试，创新性地利用其频谱特性开发推测浅层三维地下S波速度构造的数值分析方法，并运用具有场地条件资料的强震动记录的分析和三维数值计算相结合的研究方法，系统研究黄土场地土层厚度、地形地貌、土层结构和性质等复杂场地条件对地震动放大效应的定量影响规律和作用机理。本项研究可以为汶川地震黄土地区灾后重建和该地区建设工程场地确定合理的设计地震动参数提供科学依据，对于拓展黄土地区地震小区划和地震安全性评价的探测技术和分析方法，提高该地区的抗震设防水平具有重要的现实和科学意义。

我国的黄土分布面积达64万km2，主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、宁夏、山西、内蒙古、河南和青海等省（区），这些黄土分布区域的中心地带构成了著名的黄土高原。黄土高原地区是我国强震多发地区，基于全国地震动区划图的统计资料显示，黄土高原Ⅵ度以上的地震烈度区达33.51万km2，潜在的地震地质灾害对该地区人民生命安全、社会稳定及可持续发展构成巨大的威胁。现有的相关研究表明，黄土属于动力易损性土体，中强地震作用下容易发生液化、震陷以及滑坡等地震地质灾害，危害极大。历史上在黄土高原及其周边地区发生的7次8级及8级以上的特大地震在其烈度Ⅷ度以上的区域形成了区域性极其严重的地震地质灾害，并且通常在烈度Ⅵ度区内即可观察到小规模、极其易损性的与黄土有关的地震地质灾害现象。.汶川Ms8.0地震造成黄土地区局部场地的震害和地震动放大效应明显，本项研究以汶川地震甘肃灾区典型黄土震害场地为重点研究区域，在收集和分析黄土地区历史震害资料的基础上，补充黄土复杂场地条件对其震害和地震动放大效应的针对性调查，得到了黄土地区地震岩土灾害的分布和地震响应特征及其与烈度的定性关系。通过对黄土地区城市和典型地貌的地脉动测试，分析了黄土场地频谱特征，并利用其频谱特性提出了推测浅层三维地下S波速度构造和覆盖层厚度的反演方法。基于典型黄土震害场地120多组土样的动弹性模量和阻尼比试验、动强度、震陷和液化测试等室内土动力特性试验，定量分析了土层性质对地震岩土灾害的影响。以兰州盆地速度结构作为基础数据，1995年永登5.8级地震为震源，使用伪谱和有限交错差分混合方法模拟兰州盆地强地面运动峰值位移，得到了地震波在黄土地区复杂场地的传播规律以及强地面运动特征。通过现场钻探、地形差分GPS和地脉动测试、强震动记录的分析和三维数值计算相结合的研究方法，系统研究了黄土场地土层厚度、地形地貌、土层结构和性质等复杂场地条件对地震动放大效应的定量影响规律和作用机理。本项研究可以为汶川地震黄土地区灾后重建和该地区建设工程场地确定合理的设计地震动参数提供科学依据，对于拓展黄土地区地震小区划和地震安全性评价的探测技术和分析方法，提高该地区的抗震设防水平具有重要的现实和科学意义。