常時微動測試在抗震設計上的應用

2024年3月14日發(作者：廈門介紹)

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第２７卷第３期　

華　南　地　震　

Ｖ０１．２７．Ｎｏ．３　

２Ｏ０ｒ７年９月　

ＳＯＵＴＨ?。茫龋桑危痢。剩希眨遥危粒獭。希啤。樱牛蹋樱停铮蹋茫ㄟ佟?/p>

Ｓｅｐ．，２００７　

常時微動測試在抗震設計上的應用　

張衛華　

（山東正元地理信息工程有限責任公司廣州分公司，廣東廣州５１０６２７）　

摘要：簡要介紹了常時微動的基礎知識、分類、研究現狀及其在抗震設計工程中的應用。　

關鍵詞：抗震設計；常時微動；卓越周期；振幅譜曲線　

中圖分類號：Ｐ３１５．９　文獻標識碼：Ａ文章編號：１００１—８６６２（２００７）０３—０ｏ９６—０４　

１常時微動的基礎知識、分類及其研究現狀　

在一般情況下。任何時刻在地球表面的任何地點都可以用高靈敏度的儀器觀測到一種　

振幅很小的微弱震動。其位移一般只有幾微米到幾十微米。我們把這種人體難以察覺到的　

微小振動稱為微動。從地震觀測的角度又把微動分為兩類，一是短周期微動，二是長周期　

微動。短周期微動主要是由人類活動、運輸、機械振動等人工振動源引起的；長周期微動　

主要是由風雨、雷電、火山、地震等自然現象引起的。我們把周期小于１?。蟮奈臃Q為常時　

微動。周期大于１　ｓ的微動稱為地脈動。微動在傳播過程中攜帶了傳播路徑上介質的大量信　

息。觀測和研究它可以推斷出地基的振動特性?！?/p>

常時微動是作為工程地震學的一個分支學科而發展起來的。日本是研究常時微動最早　

和資料最豐富的國家，早在１９０８年日本人就指出地基常時微動的周期和地震時的地基周期　

存在一定的關系。我國對于常時微動的研究是從上世紀６０年代開始的，在１９６４年的《抗　

震建筑設計規范》中，將常時微動的卓越周期作為確定場地類別的參考指標，并且作為重　

大工程抗震設計所需的場地烈度的重要資料?！?/p>

２抗震設計的重要性　

目前地震預報的成功率仍然很低，因此，建筑物抗震設計的重要性和必要性顯而易見。　

無數次地震災害的事實告訴我們，建筑物質量差、不抗震，是造成地震傷亡和損失的主要　

原因。房屋建筑設計符合抗震原則與不考慮抗震設計的后果大不一樣，因此，在抗震減災　

的基本對策中，抗震設計是實現此對策的根本途徑?！?/p>

收稿日期：２００７－０７—０７　

作者簡介：張衛華（１９７２一），男，工程師．主要從事工程物探等工作　

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３期　張衛華：常時微動測試在抗震設計上的應用?。梗贰?/p>

抗震設計主要是在總結震害實踐和科研成果的基礎上，對設計方案提供一些指導性的　

方法或法規，從總體上保障建筑物的安全。在抗震設計中，建筑場地地基評估和建筑結構選型　

極其重要．因為地震波在某場地土中傳播時，由于不同性質界面多次反射，某一周期的地震波　

強度得到增強，而其余周期的地震波則被削弱。這一被加強的地震波的周期稱為該場地土　

的卓越周期。當建筑物的自振周期與場地土卓越周期接近時，其地震反應就大，反之則小。　

《建筑抗震設計規范》將場地土按其卓越周期大小依次分為Ｉ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類，在巖石等　

堅硬地基中，其卓越周期較短，在軟土或沖積土很厚的地基中，其卓越周期較長。歷次大　

地震和震害調查反復證明，場地和地基的地震效應和建筑物遭受地震破壞的程度有密切關　

系。　

中國地震局、國家質量監督檢驗檢疫總局標準化管理委員會要求各地建設、設計單位　

強制性執行以地震烈度或地震動參數表述的地震區劃圖，就是為各地的建設工程提供科學、　

合理的抗震設計標準，為各級政府制定防震減災對策、社會經濟發展和國土利用規劃提供　

科學依據。設計單位在規劃立項論證階段，要盡量避開地震活動斷層，并結合相應的抗震　

設計規范進行抗震設計。為最大限度地減輕震害，保障人民生命和財產安全做出貢獻?！?/p>

３常時微動測試采用的方法和數據處理　

地震小區劃是研究某確定地區在未來強地震時地面運動的特征并根據其特征做出的小　

區劃。要提高地震小區劃的精確度，更好的為工程建設服務，就必須弄清強地震時地面運　

動的特點?！?/p>

大量研究表明，某一觀察點的地震頻譜、地脈動頻譜和地震烈度之間存在相關性。在　

低烈度區，地脈動卓越周期也小，地震頻譜的卓越周期也??；反之，在高烈度區地脈動和　

地震頻譜的卓越周期也大。它們之間有很強的相關性?！?/p>

在一定的時間空間的尺度范圍內，微動表現為一個平穩的隨機過程，故可利用微動的　

頻譜在時間域、空間域的各種特性進行資料解釋。在地表觀測的微動信息中，通過求微動　

波的頻譜曲線來推斷場地的穩定性，即由卓越周期推斷建筑場地類別。　

對于建筑物的抗震設計，常時微動的測量方法是：選擇沒有干擾的震源時進行．并且　

測點選擇在平坦的地方，以便安置和調整檢波器和測量儀器。按測量形式分為地面測量和　

井中測量兩種。檢波器一般采用固有周期為１?。蟮乃俣刃蜋z波器，一臺檢波器只能測量一個　

方向的分量，地面測量時按南北、東西和垂直地面三個方向布置三臺檢波器；井中測量時　

表１微動測試常用的人員和設備　

Ｔａｂｌｅ?。薄。校澹颍螅铮睿睿澹臁。幔睿洹。妫幔悖椋欤椋椋澹蟆。妫铮颉。纾澹铮恚幔纾睿澹簦椋恪。穑酰欤簦螅幔簦椋铮睢。簦澹螅簟?/p>

人員數量　

外業采集　

內業計算　

總計　

使用設備　

（１）三分量檢波器　

（２）Ｉ程檢測儀　

（１）電腦　

設備造價　

ｌ５?。埃铮啊?/p>

３５?。埃铮啊?/p>

施工工期／ｄ　

５?。埃铮铩?/p>

５　０ｏｏ　

６Ｏ?。希铮铩?/p>

（２）軟件　

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９８　華南地震?。玻肪怼?/p>

采用井中三分量檢波器。測量儀器是集信號放大、濾波、顯示、記錄于一體的儀器。數據　

采集時還要注意時間和天氣對常時微動的測量的影響，數據采集好后就是數據處理了?！?/p>

；　

常時微動的數據處理方法主要有兩種，一是周期頻譜法。二是頻譜分析法。周期頻譜　

法是研究微動出現頻率的次數．就是以周期為橫坐標，以不同周期波形出現的頻率次數為　

縱坐標．來研究得出場地的卓越周期。頻譜分析法是把測量儀器記錄的常時微動用處理軟　

０　矗

，；

件變換到頻率域處理，得到該測點的卓越周期?！?/p>

■　

抗震設計即離不開區域背景，又離不開局部的精確分析。鑒于目前我國使用的

：　

《中　

國地震烈度區劃圖》（１９９０）采用的是四百萬分之一的比例尺，不能用來預測１：１?。埃埃啊?/p>

或１：５Ｏ０比例尺的小范圍內和特定場地條件下的地震烈度變化．而由前面可知．常時微動　

測試不僅可以應用在小范圍的建筑場地地基評估上，而且其工作又具備生產成本小，施工　

工期短的特點．因此可以把常時微動測試應用于１：５００或１：１　０００比例尺的小范圍內和特　

定場地條件下的建筑場地的精確分析?！?/p>

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…　

，　

４實際應用示例　

善　

我公司對常時微動測試工作處理的方法是：把采集好的數據全部經格式轉化后．選擇　

測試結果中記錄較好的波形，利用地震資料處理軟件ＣＳＰ５．０［２］來計算每一個測量點的每　

一

個分量的振幅譜曲線；由軟件讀取振幅譜的峰值頻率，然后由峰值頻率求該方向的卓越　

．　

周期　，Ｔｘ＝ｌｌＦｘ；其中　代表測量點的分量頻譜曲線的峰值頻率?！?/p>

■．　

以下為濟南發電廠重型發電機車間場地測試的三個頻譜曲線，　、ｙ、Ｚ三分量的卓越　

；　

周期分別為０．１４９　ｓ、０．１５４?。蟆ⅲ埃保担础。蟆亩_定該車間場地的卓越周期為０．１５?。??！?/p>

圖ｌ場地的三分量頻譜曲線　

Ｆｉｇ．１?。裕瑁颍澹濉悖铮恚穑铮睿澹睿簟。妫颍澹瘢酰澹睿悖。螅穑澹悖簦颍酰怼。悖龋桑郑濉。铮妗。簦瑁濉。妫椋澹欤洹?/p>

既然有了一個點的卓越周期，就可以依照此法進行多個點的卓越周期數據采集。在得　

到一個地震小區劃的卓越周期后，我們就可以繪制出該地震小區的卓越周期的等值曲線圖。　

按照在低烈度區，地脈動卓越周期也小，地震頻譜的卓越周期也??；在高烈度區地脈動和　

地震頻譜的卓越周期大的特點，就能對該小區內未知點的卓越周期作出推斷。當然該圖的　

網點密度越大，其可靠性和精確性也就越高。進而也能夠為工程抗震建設和減輕災害提供　

依據?！?/p>

；

．　

　．

．　

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３期　張衛華：常時微動測試在抗震設計上的應用　

參考文獻：　

［１］王興泰．工程與環境物探新方法新技術［Ｍ］．北京：地質出版社，１９９６，１９２—１９５　

Ｔｈｅ?。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗。牵澹铮恚幔纾睿澹簦椋恪。校酰欤螅幔簦椋铮睢?/p>

Ｔｅｓｔ　ｔｏ?。粒螅澹椋螅恚椋恪。模澹螅椋纾睢?/p>

ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉｈａ　

（ＨｕｎａｎＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ?。茫铮欤欤澹纾澹茫瑁幔睿纾螅瑁幔矗保埃保常?，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ?。猓幔螅椋恪。耄睿铮鳎欤澹洌纾濉。幔睿洹。颍澹螅澹幔颍悖瑁椋睿纭。螅簦幔簦酰蟆。幔猓铮酰簟。纾澹铮恚幔纾睿澹簦椋恪。穑酰欤螅幔簦椋铮睢。幔睿洹。椋簦蟆?/p>

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ａｓｅｉｓｍｉｃ?。洌澹螅椋睢。纾幔颍濉。椋睿簦颍铮洌酰悖澹洹。椋睢。簦瑁椋蟆。幔颍簦椋悖欤澹?/p>

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｓｅｉｓｍｉｃ?。洌澹螅椋纾?，ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ，ｐｒｅｅｍｉｎｅｎｔ?。椋睿簦澹颍觯幔欤悖酰颍觯濉。铮妗。幔恚穑欤椋簦酰洌濉?/p>

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