1 引言

即將舉行的Geo-Congress 2022會議(2022年3月20-23日北卡夏洛特Charlotte, North Carolina)，Jonathan D. Bray獲得H. Bolton Seed獎【2022 Bolton Seed Lecture---Jonathan Bray[液化引起建筑物的沉降估算]】，他的演講題目是"Evaluating the Effects of Liquefaction(評估液化的影響)"; 德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(University of Texas at Austin)的Ellen Rathje(Ph.D., P.E., F.ASCE)獲得Ralph B. Peck獎，她的演講題目是"Site Response Analysis: Does it Work?(場地反應(yīng)分析: 它是否有效?)"[Ellen Rathje papers.md]; Arthur Casagrande專業(yè)發(fā)展獎授予華盛頓大學(xué)(University of Washington)的Dr. Brett W. Maurer, 以表彰他在巖土地震工程教學(xué)和研究方面取得的成就，特別是對土液化危險的評估。無獨有偶，這三個獎項都屬于巖土地震工程兩個彼此相關(guān)的研究領(lǐng)域---場地反應(yīng)分析(Site Response Analysis)和液化分析(Liquefaction Analysis)。這個筆記簡要回顧了前者。

2 場地反應(yīng)分析

地震場地反應(yīng)分析(Site Response Analysis)研究的是地震波從輸入基巖通過場地土向地表的傳播過程，估計場地因地震而產(chǎn)生的地面響應(yīng)。自從SHAKE首創(chuàng)提出一維等效線性模型(Equivalent-Linear Model) 以來《Schnabel P, Seed HB, Lysmer J. (1972) Modification of Seismograph Records for Effects of Local Soil Conditions. Bulletin of the Seismological Society of America. 62 (6): 1649-1664.》，進(jìn)化出許多更為先進(jìn)的分析方法，其中一個方向是從1D到2D和3D的擴(kuò)展，另一個方向是從等效線性到非線性的擴(kuò)展。最近的一個非常好的總結(jié)可參考Dr. Idriss 2019年的Terzaghi講座---Response of Soil Sites During Earthquakes【Idriss I.M. : 2019年太沙基講座 (TL55): 巖土地震工程】

一維等效線性分析(1D)是工程中使用最為廣泛的方法，適用于具有平行材料邊界的平坦場地或緩坡場地。等效線性方法的原理是對于土剖面中的每一層土，假設(shè)剪切波從一個均勻的半空間通過水平層的土剖面向上傳播，模型為粘彈性材料，在所有頻率下都有恒定的阻尼比，通過減少剪切模量和阻尼曲線來近似土層的非線性應(yīng)力-應(yīng)變行為。有許多線性和非線性的一維場地反應(yīng)分析計算機軟件，除了原始的SHAKE之外，之后發(fā)展出SHAKE91，ShakeEdit，SHAKE2000，SHAKEVT，EduSHAKE，ProSHAKE，D-MOD，DeepSoil等。 對于傾斜或不規(guī)則的地面(例如堅硬的或嵌入的結(jié)構(gòu))，或者墻體、隧道等問題不能使用一維分析，需要使用二維甚至三維分析。工程實踐中最流行最可靠的分析程序是FLAC，它可以進(jìn)行1D,2D和3D場地反應(yīng)分析，其它一些基于有限元的數(shù)值程序，例如Plaxis, GTS NX, DIANA, Quake/W等也能進(jìn)行簡單的二維分析。參考：

• Dynamic Modeling Considerations

• Comparison of FLAC3D to SHAKE for a Layered, Linear-Elastic Soil Deposit

• Comparison of FLAC3D to SHAKE for a Layered, Nonlinear-Elastic Soil Deposit

非線性模型可以通過使用先進(jìn)的FLAC3D本構(gòu)模型，CYSoil, CHSoil, Soft-Soil, NorSand, P2PSand, Finn等更準(zhǔn)確地捕捉經(jīng)歷高應(yīng)變場地，例如軟土場地和液化場地的反應(yīng)。而當(dāng)土中的剪切應(yīng)變較低時，例如地面運動較弱或場地土較硬，等效的線性模型也能得到相似的結(jié)果，從實踐的角度來講，在這種情形下不必使用非線性模型。根據(jù)問題的復(fù)雜性和重要性，線性模型和非線性模型都可以使用更高的維度2D或3D。

3 工程場地地震安全性評價

對于處在地震活動區(qū)域的工程場地，必須進(jìn)行地震安全性評價。國內(nèi)《工程場地地震安全性評價》(GB 17744-2005)推薦使用的是一維等效線性方法，場地典型土剪切模量和阻尼比的取值如下表所示。

根據(jù)鉆孔測得的剪切波速和密度，可以得到不同樣本和不同超越概率水平下的峰值加速度以及地震動相關(guān)反應(yīng)譜。有一點需要說明的是進(jìn)行場地反應(yīng)分析時，國內(nèi)建議的鉆孔深度好像是20m(還沒找到正式的出處)，在北美建議的鉆孔深度通常是30m。