1 引言

建設(shè)工程的地震安全性評價指標(biāo)包括地震烈度復(fù)核、地震危險(xiǎn)性分析、地震動參數(shù)確定、地震小區(qū)劃、場地震害預(yù)測、場址及周圍地震地質(zhì)穩(wěn)定性評價。地震安全性評價報(bào)告主要包括下列內(nèi)容：(一)工程概況和地震安全性評價的技術(shù)要求；(二)地震活動環(huán)境評價；(三)地震地質(zhì)構(gòu)造評價；(四)設(shè)防烈度或者設(shè)計(jì)地震動參數(shù)；(五)地震地質(zhì)災(zāi)害評價；  (六)其他有關(guān)技術(shù)資料。

地震工程分析(earthquake engineering analyses)的目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)可以承受一定程度的地面震動(ground shaking)，同時又能保持一定的穩(wěn)定性能。這里就出現(xiàn)了一個問題：究竟多大程度的地面震動應(yīng)該被用來進(jìn)行地震工程分析？顯然，由于對未來地震的位置、震級和由此產(chǎn)生的震動強(qiáng)度都有非常大的不確定性，很難進(jìn)行確定性分析，因此需要進(jìn)行概率分析。地震災(zāi)害概率分析 (簡稱PSHA，Probabilistic Seismic Hazard Analysis)的目的就是要量化這些不確定性，并將其結(jié)合起來進(jìn)行分析，以便明確描述一個場地未來可能出現(xiàn)的地面震動的分布。這個操作過程類似于我們以前分析的節(jié)理巖體特性，即需要對每個變量假設(shè)一個分布規(guī)律。

2 超越概率

超越概率(Probability of Exceedance)是指在一定時期內(nèi)，工程場地可能遭遇大于或等于給定的地震烈度值或地震動參數(shù)值的概率。為了評估地震震動對結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)，我們必須首先確定場地在一個給定烈度下的超越概率，通常指每年的概率(annual probability)， 如下圖所示，顯示出低的烈度被經(jīng)常被超越，而高的烈度則很少被超越。地球上每天都在發(fā)生地震，大多數(shù)的地震震級都在5級以下。假想如果在某個特定地點(diǎn)比如唐山，持續(xù)地進(jìn)行觀察，那么可以獲得出這個完整的曲線。

不過，這種方法耗時太長，實(shí)現(xiàn)起來比較困難， 因此，我們需要進(jìn)行地震災(zāi)害概率分析(PSHA)。在PSHA中，通過數(shù)學(xué)模型考慮地震引起的規(guī)模、位置和烈度的不確定性，從而對未來可能發(fā)生的地震進(jìn)行預(yù)測。在后續(xù)的文章中，我們會詳細(xì)討論P(yáng)SHA的計(jì)算方法以及使用這種方法的動機(jī)。由于聯(lián)合了許多模型和數(shù)據(jù)源導(dǎo)致PSHA方法可能看起來不怎么透明，但是如果仔細(xì)研究，這種方法實(shí)際上是相當(dāng)直觀的。一旦理解并正確實(shí)施，PSHA就有足夠的靈活性，可以滿足用戶的各種需求，通過量化各種變量，可以合并所有關(guān)于地震活動及所產(chǎn)生的地震動因素。

1999年臺灣9.21地震造成橋墩破壞

3 PSHA的步驟

PSHA是基于概率分析的方法，因此需要假定概率表達(dá)式，通常假定每個潛在震源區(qū)地震活動性滿足三個分布：潛在震源區(qū)內(nèi)地震活動為均勻分布；潛在震源區(qū)內(nèi)地震震級大小滿足G-R分布；潛在震源區(qū)內(nèi)地震發(fā)生頻次滿足泊松分布。PSHA的操作步驟如下：

(1) 劃分潛在震源區(qū)：依據(jù)地震構(gòu)造特征確定未來地震可能的空間分布模型；

(2) 建立潛在震源區(qū)地震復(fù)發(fā)模型：依據(jù)地震發(fā)生規(guī)律確定地震發(fā)生的震級分布模型；

(3) 建立地震動預(yù)測模型：依據(jù)地震動衰減特征確定用于計(jì)算地震在場點(diǎn)產(chǎn)生的地震動大小的預(yù)測方程，并確定反映其隨機(jī)不確定性大小的概率分布模型，通常假定滿足對數(shù)正態(tài)分布；

(4) 計(jì)算場點(diǎn)的地震危險(xiǎn)性：確定地震發(fā)生頻次的概率分布模型，并綜合所有潛在震源區(qū)內(nèi)地震的影響，得到場點(diǎn)地震動參數(shù)的年超越概率曲線。