1.7　PGA與EPA的影響因素分析

重大工程場地的峰值加速度通常依據(jù)地震危險性分析結果來確定,在概率地震危險性分析中,衰減關系的選取、年超越概率的大小以及場點與潛源的位置關系等因素對計算結果都有一定的影響,改變其中的任一因素,計算結果都會發(fā)生明顯變化。為了探討上述諸因素對工程場點PGA、EPA以及PGA/EPA影響的顯著程度,這里采用概率地震危險性分析方法,通過對不同影響因素對應的PGA、EPA及PGA/EPA計算結果的分析,來探討各種影響因素對PGA、EPA及PGA/EPA的影響規(guī)律。

概率地震危險性計算采用地震局編制的概率地震危險性分析軟件,其中地震區(qū)帶和潛在震源區(qū)的劃分以及相應的地震帶和潛源參數(shù)、地震活動性參數(shù)直接引用第四代地震動參數(shù)區(qū)劃圖編制過程中所采用的綜合方案。場點與潛源的位置關系見圖1.11。

1.7.1　衰減關系式的影響

由于我國缺乏足夠的強震記錄資料直接進行衰減關系式的推求,目前在工程實用中,通常直接采用基于美國西部基巖強震記錄資料的衰減關系式或通過轉換得到的衰減關系式。這里選用了5組衰減關系式進行比較分析,其中前4組均為由美國西部基巖強震記錄資料統(tǒng)計得到的衰減式,第5組為由霍俊榮美國西部基巖烈度和PGA及反應譜衰減式與錦屏研究區(qū)烈度衰減式轉換得到的衰減關系式。

(1)霍俊榮Ⅱ型單隨機變量的水平分量衰減關系式[25][見式(1.13)]。

(2)《地震安全性評價技術教程》[34]中推薦的霍俊榮Ⅲ型多隨機變量的水平分量衰減關系式:

(3)霍俊榮[25]Ⅲ型單隨機變量的水平分量衰減式:

(4)Abrahamson美國西部基巖水平分量峰值加速度衰減關系式[35]:

式中:rrup為最小斷層距(km),PGA的C4=5.6,EPA的C4=5.1,σ=0.240。

(5)國家地震局地質(zhì)研究所在“四川雅礱江錦屏水電站地震安全性評價報告”中用的水平分量衰減式[36]:

為了突出衰減關系式的影響,計算時以A場點為例,其他參數(shù)不變,對應5組衰減關系式的計算結果見圖1.12、圖1.13和表1.11、表1.12。

從計算結果來看,依據(jù)不同衰減式計算得到的PGA、EPA差異明顯,說明衰減關系式的選取對PGA、EPA計算結果有顯著影響。其中5組衰減式中,由式(1.13)計算得到的PGA值明顯偏大,在10組年超越概率下,一致表現(xiàn)為最大;衰減關系式(1.18)和(1.19)的計算結果偏小,其中當年超越概率P≥0.004時,對應衰減關系式(1.18)的PGA值最小;當年超越概率P<0.004時,則由衰減關系式(1.19)計算得到的PGA值最小。從表1.12來看,相同年超越概率下,不同衰減式計算得到的最大PGA值為最小PGA值的1.24～1.72倍,最大EPA值為最小EPA值的1.54～2.42倍;最大PGA、最小PGA與平均值的相對誤差比最大EPA、最小EPA與平均值的相對誤差小。PGA的最大相對誤差達32.56%,而EPA的最大相對誤差達42.04%。

隨年超越概率的變化不同衰減關系式計算結果的比例將發(fā)生變化,當年超越概率P≥0.02時,由衰減式(1.13)計算得到的EPA值最大,由式(1.18)計算得到的EPA值最小;當P<0.02時,由衰減式(1.16)計算得到的EPA值最大,由式(1.17)計算得到的EPA值最小。

不同衰減關系式計算得到的PGA/EPA存在顯著差異,5組衰減關系式對應10個年超越概率下的PGA/EPA值在0.83～2.02變化。式(1.17)、式(1.18)的計算結果對應10個年超越概率一致表現(xiàn)為PGA>EPA。式(1.13)在年超越概率P≥0.01時表現(xiàn)為PGA<EPA;在P<0.01時則表現(xiàn)為PGA>EPA。式(1.16)則在P≥0.08和P≤0.0004時表現(xiàn)為PGA<EPA,在0.0004<P<0.08則表現(xiàn)為PGA>EPA。式(1.19)則僅當P≤0.0002時才表現(xiàn)為PGA<EPA,其余概率下均表現(xiàn)為PGA>EPA。由此可見,年超越概率的大小對PGA/EPA的影響也很大。

衰減關系式的選用對PGA、EPA及PGA/EPA值的影響顯著,如果場地所在區(qū)內(nèi)缺乏足夠的強震記錄用于衰減關系式的推求時,建議選用多組衰減關系式分別進行計算分析,然后取所有結果的加權平均值作為最終的計算結果,并進行不確定性分析,以減小因衰減關系式的選用而引入的誤差。

1.7.2　年超越概率和潛源分布等的影響

為了便于比較不同年超越概率、潛源分布等對PGA/EPA的影響,在采用相同的計算方法、計算參數(shù)以及同一組衰減關系式的基礎上,對研究區(qū)內(nèi)6個場點進行了概率地震危險性計算分析。其中衰減關系采用霍俊榮Ⅲ型多隨機變量衰減關系式,其中水平分量衰減式見式(1.16),豎向分量的PGA、EPA衰減關系式如下[25]:

6個場點對應不同年超越概率下的水平和豎向PGA/EPA值分別見表1.13,各主要貢獻潛在震源對場點的貢獻量見表1.14和表1.15,對應的年超越概率曲線見圖1.14,PGA/EPA隨年超越概率的變化曲線見圖1.15。

1.7.2.1　年超越概率的影響

從表1.13及圖1.14、圖1.15不難看出,年超越概率對PGA/EPA有較大影響,且年超越概率對不同地震分量PGA/EPA的影響程度也不同。對于水平分量,年超越概率大時,PGA/EPA主要受年超越概率的影響,表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0,如研究區(qū)內(nèi)6個場點在P>0.008時一致表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0;隨年超越概率的減小,不同場點的PGA/EPA可能大于、等于或小于1.0。其中D場點在所考慮的10個年超越概率下均表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0;其他場點則在某段年超越概率下表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0,如B場點在P≤0.004,A場點在0.0006≤P≤0.004間,C場點在0.002≤P≤0.004間,E場點和F場點則在P≤0.001時;而在其他年超越概率下則表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0。

當年超越概率大(P≥0.02)時,豎向分量PGA/EPA>1.0;隨年超越概率的減小,不同場點PGA/EPA也發(fā)生變化,其中A場點在0.008≤P≤0.01間、B場點在0.004≤P≤0.01間、C場點在0.008<P≤0.01間、D場點在P≤0.01、E場點在0.0006≤P≤0.01間表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0,其余年超越概率下表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0;F場點則在所考慮的10個年超越概率(P)下均表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0。

1.7.2.2　場點周圍潛源分布形式的影響

場點周圍潛在震源的分布形式及潛源震級上限的大小對PGA/EPA有明顯影響。如D場點位于震級上限為6.5的6號潛源內(nèi),場點的地震動主要來自于6號潛源和遠場震級上限為8.0的5號潛源,遠場地震動低頻成分豐富,因而表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0。

F場點位于13號中強潛在震源區(qū)內(nèi),近中場無大震級上限的潛源而在遠場存在大震級上限的8號潛源,在年超越概率大時,場點的地震動由近場小震和遠場大震引起,表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0,隨著年超越概率的減小,由于距離的影響,遠場8號潛源對場點的貢獻逐漸減小,當P小到一定程度時8號潛源對F場點沒貢獻,此時F場點主要受13號潛源的影響,表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0。

A場點、B場點、C場點本身就位于大震級上限的潛源內(nèi),且場點周圍密集大震級上限的1號、2號、3號、4號、5號潛源,當年超越概率較大時,場點的貢獻主要來自于近場小震和中遠場大震,因此表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0。隨年超越概率的減小,能對場點產(chǎn)生影響的地震的震級和距離也在變化,震級增加的同時有效距離在減小,場點將主要受到近場中強震的影響,表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0;當年超越概率減小到一定值時,場點的主要受大震級上限的近場地震的影響,如對A場點貢獻量最大的潛源將由1號潛源轉為2號潛源;B場點則受1號、3號、4號潛源共同影響;C場點也將受2號、3號、4號、5號潛源的共同影響,因而又表現(xiàn)為EPA/PGA>1.0。

E場點位于Mu≤6.5的潛源內(nèi),且潛源周圍存在大震級上限的8號潛源,當P大時,E場點主要受11號潛源的小震和8號潛源的中強震影響,表現(xiàn)為EPA/PGA>1.0。隨著年超越概率P的減小,E場點的貢獻量將主要來自于8號潛源,因而又表現(xiàn)為PGA/EPA>1.0。

綜上所述,場點周圍潛源的分布形式及潛源震級上限的大小對場點的PGA、EPA及PGA/EPA有影響,若場點的貢獻量主要來自于近場小震和遠場大震的影響,則表現(xiàn)為PGA/EPA<1.0;若場點的貢獻量主要來自于近場大震的影響,則PGA/EPA>1.0。為了減少PGA、EPA計算結果的誤差,建議地震危險性分析時采用多方案分析方法,即采用多套地震區(qū)帶、潛源的劃分方案及參數(shù)確定方案單獨分析,通過邏輯樹法進行不確定分析后來確定最終的參數(shù)值。