世界各國在工程抗震設(shè)防中主要通過場地分類來考慮場地覆蓋土層影響。歐美等國家廣泛采用的基于地表30 m平均剪切波速（VS30）的場地分類方法并建立了定量考慮覆蓋土層影響的模型，而我國場地分類采用的是基于覆蓋層厚度和土層等效剪切波速（VSe）的雙參數(shù)方法。一方面，世界范圍內(nèi)建立的基于地表地質(zhì)、地形地貌的場地剪切波速模型和場地分類數(shù)據(jù)無法直接應(yīng)用于中國宏觀場地分類。同時(shí)，各國場地分類方法的不同，給場地相關(guān)研究和交流、基礎(chǔ)資料的共享和使用帶來了障礙。地球所謝俊舉研究員團(tuán)隊(duì)探討了中國與歐美場地分類方法的差異和聯(lián)系，建立了一種基于VS30的中國場地分類映射關(guān)系，從而搭建中國場地分類研究與國際上廣泛采用的基于VS30的場地分類研究的橋梁。

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圖1 本文采用的全部鉆孔資料得到的基于中國規(guī)范的場地分類結(jié)果以及對應(yīng)的美國NEHRP場地分類

本研究利用中國大陸、日本和美國加州地區(qū)各類場地的剪切波速度剖面數(shù)據(jù)，研究了中國現(xiàn)行規(guī)范各類場地的VS30和VSe統(tǒng)計(jì)特性，開展了中國與歐美場地分類方法的對比研究。對比分析了分別單獨(dú)使用VS30和VSe進(jìn)行中國場地分類的效率，發(fā)現(xiàn)單一VSe指標(biāo)無法顯著區(qū)分不同中國場地類別，尤其是III類場地與IV類場地（均考慮深度超過20 m土層）；與之相比，單一VS30指標(biāo)可有效區(qū)分從I0到IV類的中國場地類別。對于覆蓋層較厚的III類和IV類場地，往往難以通過淺層鉆孔獲取場地覆蓋層厚度，這種情況下，基于單一剪切波速指標(biāo)的分類方法可以為獲取中國場地分類提供一種有效途徑。

圖2 本文采用的全部鉆孔資料得到的基于中國規(guī)范的場地分類結(jié)果以及對應(yīng)的美國NEHRP場地分類

圖3 中國場地分類映射關(guān)系中各類場地對應(yīng)的最優(yōu)VS30邊界值的確定

在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于VS30的中國場地分類映射關(guān)系，通過最優(yōu)化分類結(jié)果確定中國各類場地對應(yīng)的VS30邊界，建立中國場地分類與歐美場地分類的對應(yīng)關(guān)系。基于該映射關(guān)系，可利用地表地質(zhì)和衛(wèi)星觀測地形地貌數(shù)據(jù)給出中國規(guī)范場地分類結(jié)果。

表1 本研究建議的基于VS30的中國場地分類的映射關(guān)系

本研究的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在：1. 探討了采用單一剪切波速參數(shù)進(jìn)行中國場地分類的可行性，對比發(fā)現(xiàn)單一VSe指標(biāo)無法顯著區(qū)分不同中國場地類別，而VS30指標(biāo)可有效區(qū)分從I0到IV類的中國場地類別。對于場地覆蓋層厚度難以獲取的情況，基于單一剪切波速參數(shù)的分類方法可以為中國場地分類提供一種有效途徑。2. 提出一種基于VS30的中國場地分類映射關(guān)系，通過最優(yōu)化分析確定中國各類場地對應(yīng)的VS30邊界，建立中國場地分類與歐美場地分類的對應(yīng)關(guān)系。相比以往結(jié)果，該方法降低了場地分類的不確定性，且可適用于最新的中國規(guī)范場地分類標(biāo)準(zhǔn)。

研究成果于2022年發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Engineering Geology》（Xie J, Li K, Li X, An Z, Wang P. VS30-based relationship for Chinese site classification. Engineering Geology, 2023, 324, 107253. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107253.），受重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間合作重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFE0109800）和中國地震局地球物理研究所基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)（DQJB20B23）共同資助。

【作者簡介】

謝俊舉，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事強(qiáng)地面運(yùn)動、場地影響和工程抗震設(shè)防地震動研究。Email:xiejunju@163.com