第２期（总第１３９期） ２０１１年６月 四』Ｉｉ地震 Ｎｎ ２ ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮ ＳＩＣＨＵＡＮ Ｊｕｎｅ ２０１１ 地震有效峰值加速度与地震烈度相关性研究 龙承厚，赖敏，余桦，黎大虎 成都６１００４１） （四川省地震局台站管理中心，四川摘要：利用２００８年５月１２日发生的汶川８．０级以及２００８年８月３０日凉山州会理县一攀枝花市问６．１级地震中 获取的四川省境内的地震加速度记录数据，分析了有效峰值加速度（ＥＰＡ）与加速度峰值（ＰＧＡ）对比结果及 加速度数据有效值与地震烈度的相关性。得出了有效峰值加速度（ＥＰＡ）与烈度的相关性较之地震峰值加速度 （ＰＧＡ）与烈度的关系更为密切的结论。 关键词：地震烈度；地震峰值加速度；地震有效值加速度 中图分类号：Ｐ３１５．３ ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—８１１５（２０１１）０２—００２６—０６ ２００８年５月１２日１４：２８，在四川省汶川县境内发生８．０级地震。该次地震引起的破裂长度为２１６ ｋｍ， 破裂方向为北东，倾角为３２。，持续时间大于７０秒（以大于最大幅值１０％计）。在该次地震中，四川省数 字强震台网共获取３９６条主震的强震记录。其中，在汶川县卧龙台获取了我国大陆地区迄今为止最大的强 震记录（９５０．５１ｇａｌ，未校正值）。２００８年８月３０日，在凉山州会理县一攀枝花市间发生６．１级地震，在 该次地震中，四川省数字强震动台网共获取了７５条主震记录。 ＇，Ｏ．，ｌＩＢ 广——一 ．． ．．矗山。 ｌｌ —…— ． ＾ “ ｌ ．．．．一一…一 ～．．．一～… ～～ 一 ” ’…一…一一……… … ～ 即ＪＷｐ ……一～¨ 一ｊｌＩＩＩｌＩｆ ＩｌＩ ～ “． ｈ～～～一一～……一…一 … １ｒｉ４ＩｆｉｆＩ 『Ｉｌ 一…一 一 ｌｆ 一一～’… ……’ …一’ 一 山 ～………一一 山 ……． ． … 研ｌｌｆｆ１ … Ｉ ｌ …” 呷叩一’’ Ｉ ｌ ｌＩ Ｉ ４０．０００ ２０－ｏＯ０ ３０．０００ ４０．０００ ６０．０００ ６０．０００ Ｔｉｍｅ《ｓｅｃｌ 图１卧龙台汶１１Ｉ ８．０级地震记录 收稿日期：２００９一ｏ４—１３；修回日期：２０１１—０４一Ｏ１ 作者简介：龙承厚（１９８２一）。男，重庆永川人，助理工程师 ２０１１年６月 龙承厚，等：地震有效峰值加速度与地震烈度相关性研究 ・２７・ 图２平地台会理一攀枝花６．１级地震记录 １ 四川数字强震台网概况 四川省数字强震台网由２ｌ１个数字强震台站组成。主要分布在四川省境内的三条断裂带附近（见图 ３）。另外，考虑到攀枝花地区的昔格达断裂带也属活动断裂，且当地的人口密度以及经济发达程度均较 高，故在攀枝花地区布设了ｌ５个强震台站。该台网于２００９年ｌ２月建成。 ２地震烈度的参数讨论 寻求与地面观测仪器记录结果有直接关联的、便于地震工程中应用与结构抗震、反应分析和抗震动力 试验的客观评价型的烈度物理指标，一直是地震工作者与结构工程师面临的难题。 地震峰值加速度是观测仪器记录的 ３＇８’ ｌ００‘ １０２。 １０４。 １０６。 １０８。 地面振动幅值。但仅依据它评定地震烈 度或将它直接应用于结构抗震、反应分 析是危险的。文献［４］规定，峰值加 一 速度将替代烈度。但单纯的峰值加速度 并不能代表地震动的破坏作用 Ｊ，它也 不能反映地震过程。汉克斯通过奥维尔 地震序列的强震动观ｉ见０和其他地震的研３矿 究，指出地震动峰值加速度（ＰＧＡ）作 为地震动强度指标有２个重要缺点：第 一，它主要是地震动高频成份的振幅， 决定于地震震源断裂面的局部特性，不 ． 能很好的反映整个震源特性；第二，离 散性很大，震级、震中距或场地条件的 ９８。 １００。 １０２‘ｔ０４’ １０ｆｉ。 １０８’ 很小改变，都会使它发生明显变化【ｌ引。 从汶川８．Ｏ级地震及攀枝花一会理 图３四川省数字强震台网分布 ・２８・ 四川地震 ２０１１年第２期 间６．１级地震中获取的极震区加速度记录数据可见，直接将ＰＧＡ作为烈度物理指标评定地震烈度是不可 靠的。位于震害考察结果Ⅸ度区的阿坝州汶川县卧龙台的水平向ＰＧＡ值为９５０．５１ ｇａｌ，按中国地震烈度表 的烈度物理指标（ＧＢ／Ｔ１７７４２—２００８）的评定，卧龙台所在地应为Ｘ度区，但该地区震害考察结果是Ⅸ度 区；位于攀枝花市平地台的水平向ＰＧＡ值为４９６．１１３ ｇａｌ，按中国地震烈度表的烈度物理指标（ＧＢ／ Ｔ１７７４２—２００８）的评定，该地区属Ⅸ度区，但震害考察结果为Ⅷ度弱。由此可见，ＰＧＡ值并不是造成地 震破坏的唯一量化指标。国外也有较典型的震例，众所周知，１９８５年墨西哥城遭受的地面峰值加速度值 为１７０ ｇａｌ；１９８６年萨尔瓦多遭受的地面峰值加速度值为６００ ｇａｌ，但前者的震害损失比后者严重得多。因 为，传到墨西哥城的地震波周期与该地区高层建筑物的卓越周期接近 Ｊ，所以，放大了地震影响。由此 可见，当地的地震动频率（周期）也是震害影响的重要指标。 文献［５］指出，地震有效峰值加速度与烈度的关系比地震动峰值加速度（ＰＧＡ）更密切。依据该观 点，本文拟采用地震有效峰值加速度作为地震强度物理量指标来代表地震强度。尝试直接将其替代中国地 震烈度表中的峰值加速度值。 ３ 地震有效峰值加速度的讨论 地震加速度有效值的定义是，阻尼比为５％的加速度反应谱高频段的平均值除以放大系数 Ｊ。各国 相关规范规定的放大系数不同，美国为２．５；中国为２．２５；伊朗为２．０。对于加速度反应谱高频段的规 定，各国相关规范规定也存在差异，美国抗震规范规定固定选取０．１—０．５ｓ；中国抗震设计规范则不固定 选取此平台段，而是对每条反应谱具体分析来确定。美国规范的物理概念很明确，仅选取与大多数建 （构）筑物的卓越周期有关频段；而中国抗震规范的规定选取方法可能因人而异。实际上，结构抗震设计 工程师仅关心在卓越周期附近的结构最大反应。 反应谱可理解为一个确定的地面运动，通过一组阻尼比相同但自振周期各不相同的单自由度体系所引 起的各体系最大加速度反应与相应体系自振周期间的关系曲线。那么，由反应谱高频段选取的数据肯定也 反映了该频段的频谱特性。地震动频谱反映了地震动不同频率简谐运动的构成，地震反应谱受场地条件、 震中距等等因素的影响。加速度反应谱的表达式为： ．ｓ （ ）＝ （￡）＋面（ ）Ｉ 一ｌ 』 莺 （丁）ｅ－片‘ ｓｉｎ ２ ７ｒ（、ｔ一＇ｒ）ｄｒ Ｉ （１） 从上式可看出，绝对加速度莺 体系自振周期 均是反应谱ｓａ（ ）的函数，换言之，反应谱反映了 地震的幅值及地震的频谱特性。文献［７］对地震有效峰值加速度的定义是，以地震影响系数的最大值除 以放大系数。 地震影响系数为： （ ）： （２） ｇ 有效峰值加速度为： 删＝ ㈤ 综上所述，从反应谱中获取的地震有效峰值加速度与地震烈度重要参数的地震峰值加速度（ＰＧＡ）、 频谱特性相关。 图４及图５是处于不同类型场地的不同地震记录的反应谱。 图４及图５显示，虽然两类不同场地台站的ＰＣＡ值不同，但其反应谱的高度差不多。其中，处于Ｉ 类场地的茂县台的反应谱平台段较处于同一场地的平地台宽；处于Ⅱ类场地的沙坝台的平台高频端的拐角 频率较处于同一场地的大田台低。列出了余震对照图６（地震时间：２００８—５一ｌ２—１９：ｌ１：００，Ｍｓ＝ ６．Ｏ）及图７（地震时间：２００８—８—３１一ｌ６：３１：００，Ｍｓ＝５．６）。 这表明，在同一场地、震中距及不同震级地震的条件下，影响反应谱的体系自振周期系数发生了改 变，导致反应谱形状及频率拐点发生变化。致使由依据反应谱数据产生的有效值峰值发生改变，从而产生 了相应的有效值烈度。图４、５中的４个台站的分析结果见表ｌ。 ２０１１年６月 龙承厚，等：地震有效峰值加速度与地震烈度相关性研究 ・２９・ 茂县台（汶川地震，基岩台） 平地台（攀枝花地震，基岩台） 图４ Ｉ类场地不同地震的反应谱 沙坝台（汶川地震，土层台） 大田台（攀枝花地震，土层台） 图５ Ⅱ类场地不同地震的反应谱 茂县（汶川地震，基岩台） 沙坝（汶川地震，土层台） 图６汶川地震余震反应谱 表１ 不同震级地震、不同台站的地震加速度数据分析结果 Ｅ—Ｗ Ｎ—Ｓ Ｕ—Ｐ 频率峰值加速度峰值 持时 频率峰值加速度峰值 持时 频率峰值加速度峰值 持时 备注 （Ｈｚ） （ｇａＪ） （８） （Ｈｚ） （ｇａ１） （８） （Ｈｚ） （ｇａ１） （ｓ） 茂县台 ６．９０ ３０８．５８１ １２０ 汶川地震Ⅷ度区 沙坝台 ４．７５ ２８０．９４ ８６ 汶川地震Ⅶ度区 平地台 ７．９５ ３９４．８３４ ８．５Ｏ 攀枝花地震Ⅷ度区 大田台 ５．５２ ３３５．０１４ ２９．Ｏ 攀枝花地震Ⅶ度区 ・３０・ 四川地震 ２０１１年第２期 平地（攀枝花地震。基岩台） 大田（攀枝花地震，土层台） 图７攀枝花地震余震反应谱 ４有效峰值（ＥＰＡ）的计算实例 美国抗震设计样板规范ＡＴＣ３—０６定义有效峰值加速度ＥＰＡ为５％阻尼比的加速度反应谱高频段 （Ｏ．１—０．５ｓ）的平均值除以２．５；中国（ＧＢ５０１ｌ一２００１）建筑抗震设计规范定义的有效峰值加速度ＥＰＡ 为５％阻尼比的加速度反应谱相应平台段的加速度反应谱平均值除以放大系数（约２．２５） Ｊ。本文尝试利 用（ＧＢ５０１ １—２００１）建筑抗震设计规范及美国ＡＴＣ一０６抗震设计样板规范定义的ＥＰＡ（Ａ＝０．０５）的方 法对四川境内获取的汶川８．０级地震ＰＧＡ＞２０ ｇａｌ的２４６条加速度记录及会理一攀枝花６．Ｉ级地震ＰＧＡ＞ ２Ｏ ｇａｌ的７５条记录进行了ＥＰＡ峰值计算。试将ＥＰＡ值定义作为中国地震烈度表的烈度物理指标（仅将其 中的加速度峰值替换为有效峰值加速度）。采用美国ＡＴＣ一０６抗震设计样板规范定义的方法计算的汶川地 震ＥＰＡ值绘制的等烈度图（见图８）及攀枝花一会理地震烈度图（见图９）。由于是针对具体场地，故计 算ＥＰＡ值时，采用的 值未采用美国规范的规定值，而采用实际卢值。从图８及图９可见，依据美国抗震 设计样板规范ＡＴＣ３—０６计算的地震有效峰值加速度（ＥＰＡ）定义的烈度值与震害考察结果吻合较好。 一… 。一 ０ 图９攀枝花一会理地震等烈度图 ＼蘑 园 一”面 圈８汶川地震记录有效峰值加速度分布图 ５两次地震的统计结果 将四川省以及部分陕西省和甘肃省的汶川８．０级地震的８４组有效值加速度数据（水平向矢量和值） 以及攀枝花６．１级地震的１４组（水平向矢量和值）有效值加速度数据分别与相应的地震考察等烈度结果 进行统计分析（表２）。从表２可见，至少在Ｖ度至Ⅷ度区间，使用有效峰值加速度定义震害烈度是可行的。 ２０１１年６月 龙承厚，等：地震有效峰值加速度与地震烈度相关性研究 ・３ １・ 表２地震有效峰值加速度与烈度考察结果统计分析 Ｖ度 ２０ ５．Ｏ２３８ ０．０４５ｌ Ⅵ度 ４６ ６．０３２６ ０．４９８５ Ⅶ度 １８ ７．０８３３ ０．１４４６ Ⅷ度 １４ ８．０７１４ Ｏ．１２６４ Ⅸ度 ３ ９．３３３３ ０．３３３３ 样本数太少，结果可信度较低 ６关于中国地震烈度表的讨论 虽然中国地震烈度表存在诸多缺陷，但它是将震害现象与地面观测仪器记录结果直接关联的中介标 准，而且简便易行。如果将仪器观测结果的合理分析数据作为震害物理指标与宏观震害指标联系起来，中 国地震烈度表的震害量化指标会更加趋于合理。并且，仪器记录的有效值数据存在与结构设计反应谱的关 联性（比如说，它可以换算成地震影响系数等）。换言之，仪器数据可以与抗震设计有机联系。 地震有效峰值加速度（ＥＰＡ）与烈度关联性较之加速度峰值（ＦＧＡ）更好。如果将地震有效峰值加 速度（ＥＰＡ）定义为中国地震烈度表的物理震害指标，中国地震烈度表的震害量化指标将更趋合理。 参考文献 ［１］胡聿贤，等．地震工程学［Ｍ］．北京：地震出版社．１９８８． 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ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｏｕｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｗｅｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ