【摘 要】
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地震动场地效应是工程结构抗震设防需考虑的重要因素之一,强震动作用下土体非线性动力学性能及其对地震动场地效应非线性的影响是其中的一个难点。近年来,随着竖向钻井台阵观测记录的积累,虽然井下台与地表基岩台的加速度记录存在一定差异,但使用井下台作为参考台站的地表/井下谱比法仍被广泛应用于场地地震动非线性效应研究。日本KiK-net强震动观测台网自1995年阪神地震后设立以来,目前已积累了海量的强震动观测数
【基金项目】
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国家重点研发计划课题”基于地震损伤模式匹配的建筑结构震害快速评估技术（2019YFC1511004）”； 国家自然科学基金重点项目“震源-坝址地震动与高坝强震破损机制研究（51639006）”；
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地震动场地效应是工程结构抗震设防需考虑的重要因素之一,强震动作用下土体非线性动力学性能及其对地震动场地效应非线性的影响是其中的一个难点。近年来,随着竖向钻井台阵观测记录的积累,虽然井下台与地表基岩台的加速度记录存在一定差异,但使用井下台作为参考台站的地表/井下谱比法仍被广泛应用于场地地震动非线性效应研究。日本KiK-net强震动观测台网自1995年阪神地震后设立以来,目前已积累了海量的强震动观测数据,为基于强震动观测的土体非线性动力特征的实证研究提供了基础数据。本文基于日本KiK-net强震动观测台网167个竖向钻井台阵的163414组地表/井下加速度记录,研究了地表/井下反应谱比值平台值随地震动强度的非线性变化规律及其主要影响因素。论文的主要工作如下:1.地震动强度较弱时,地表/井下反应谱比值平台值的离散性较大,采用滑动窗口平均法可有效加强数据的线性度。将回归直线的斜率定义为地表/井下反应谱比值平台值的非线性衰减指数,其数值在-0.24至-0.08之间,中值为-0.168,即井下加速度峰值500 cm/s2时,地表/井下反应谱比值平台值约为微弱地震动（井下加速度峰值0.316-1cm/s2）作用下的35%至78%,中值为54%。2.根据所选择的136个台阵在各个地震动强度分组的平均滑动窗口长度确定了与地震动强度相关的台阵最小记录样本量,认为滑动窗口宽度内最多需要30组强震动记录、至少有1组井下加速度峰值>100 cm/s2的强震动记录即可保证统计结论具有较高的可靠性。3.收集并整理KiK-net台阵的剪切波速度剖面,计算了 12个场地特性表征参数:我国规范定义的等效剪切波速（VSE）、美国规范定义的平均剪切波速（VS30）、30m剪切波剖面梯度（B30）、0.5、0.8、1.0km/s覆盖层厚度（Z0.5、Z0.8、Z1.0）、覆盖层的平均剪切波速（Vsav）、场地卓越频率（fpred）、场地基本频率（fS）、场地基本周期（Ts）、弱震动作用下平均傅里叶谱放大系数的峰值（AS）和反应谱放大系数的峰值（Asr）。4.在所研究的12个场地特性表征参数中,弱震动作用下地表/井下傅里叶谱比值的峰值AS、地表/井下反应谱比值的峰值Asr,与地表/井下反应谱比值平台值非线性衰减指数具有一定的负相关性（决定系数R2分别为0.25和0.28）;30米平均剪切波速VS30、场地卓越频率fpred,与地表/井下反应谱比值平台值非线性衰减指数具有一定的正相关性（决定系数R2分别为0.08和0.18）。5.考虑30米平均剪切波速VS30、场地卓越频率fpred、弱震动作用下地表/井下傅里叶谱比值的峰值As和地表/井下反应谱比值的峰值Asr四个场地特性表征参数的地表/井下反应谱比值平台值非线性衰减指数的多元回归模型与非线性衰减指数具有较好的相关性（决定系数R2=0.68）;而考虑VS30、fpred、Asr三个场地参数的多元回归模型与非线性衰减指数之间的决定系数仅比考虑四个参数的多元回归模型小0.04（R2=0.64）。考虑到其只使用了三个场地参数,本文推荐使用三参数多元回归模型对非线性衰减指数进行预测。6.通过对不同场地类别下的非线性衰减指数的分布情况进行统计,尝试给出各类场地的非线性衰减指数的推荐值。经统计,四类场地台阵的非线性衰减指数均值分别为-0.150、-0.169、-0.182、-0.218,具有随场地类别的增加而递减的趋势。但是由于结果较大的离散性,根据场地类别确定非线性衰减指数的可信度并不高,待后续研究。
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