常时微动测试在抗震设计上的应用

2024年3月14日发(作者：厦门介绍)

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第２７卷第３期　

华　南　地　震　

Ｖ０１．２７．Ｎｏ．３　

２Ｏ０ｒ７年９月　

ＳＯＵＴＨ　ＣＨＩＮＡ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＬＳＭｏＬＣ｝（弋Ｙ　

Ｓｅｐ．，２００７　

常时微动测试在抗震设计上的应用　

张卫华　

（山东正元地理信息工程有限责任公司广州分公司，广东广州５１０６２７）　

摘要：简要介绍了常时微动的基础知识、分类、研究现状及其在抗震设计工程中的应用。　

关键词：抗震设计；常时微动；卓越周期；振幅谱曲线　

中图分类号：Ｐ３１５．９　文献标识码：Ａ文章编号：１００１—８６６２（２００７）０３—０ｏ９６—０４　

１常时微动的基础知识、分类及其研究现状　

在一般情况下。任何时刻在地球表面的任何地点都可以用高灵敏度的仪器观测到一种　

振幅很小的微弱震动。其位移一般只有几微米到几十微米。我们把这种人体难以察觉到的　

微小振动称为微动。从地震观测的角度又把微动分为两类，一是短周期微动，二是长周期　

微动。短周期微动主要是由人类活动、运输、机械振动等人工振动源引起的；长周期微动　

主要是由风雨、雷电、火山、地震等自然现象引起的。我们把周期小于１　ｓ的微动称为常时　

微动。周期大于１　ｓ的微动称为地脉动。微动在传播过程中携带了传播路径上介质的大量信　

息。观测和研究它可以推断出地基的振动特性。　

常时微动是作为工程地震学的一个分支学科而发展起来的。日本是研究常时微动最早　

和资料最丰富的国家，早在１９０８年日本人就指出地基常时微动的周期和地震时的地基周期　

存在一定的关系。我国对于常时微动的研究是从上世纪６０年代开始的，在１９６４年的《抗　

震建筑设计规范》中，将常时微动的卓越周期作为确定场地类别的参考指标，并且作为重　

大工程抗震设计所需的场地烈度的重要资料。　

２抗震设计的重要性　

目前地震预报的成功率仍然很低，因此，建筑物抗震设计的重要性和必要性显而易见。　

无数次地震灾害的事实告诉我们，建筑物质量差、不抗震，是造成地震伤亡和损失的主要　

原因。房屋建筑设计符合抗震原则与不考虑抗震设计的后果大不一样，因此，在抗震减灾　

的基本对策中，抗震设计是实现此对策的根本途径。　

收稿日期：２００７－０７—０７　

作者简介：张卫华（１９７２一），男，工程师．主要从事工程物探等工作　

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３期　张卫华：常时微动测试在抗震设计上的应用　９７　

抗震设计主要是在总结震害实践和科研成果的基础上，对设计方案提供一些指导性的　

方法或法规，从总体上保障建筑物的安全。在抗震设计中，建筑场地地基评估和建筑结构选型　

极其重要．因为地震波在某场地土中传播时，由于不同性质界面多次反射，某一周期的地震波　

强度得到增强，而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土　

的卓越周期。当建筑物的自振周期与场地土卓越周期接近时，其地震反应就大，反之则小。　

《建筑抗震设计规范》将场地土按其卓越周期大小依次分为Ｉ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，在岩石等　

坚硬地基中，其卓越周期较短，在软土或冲积土很厚的地基中，其卓越周期较长。历次大　

地震和震害调查反复证明，场地和地基的地震效应和建筑物遭受地震破坏的程度有密切关　

系。　

中国地震局、国家质量监督检验检疫总局标准化管理委员会要求各地建设、设计单位　

强制性执行以地震烈度或地震动参数表述的地震区划图，就是为各地的建设工程提供科学、　

合理的抗震设计标准，为各级政府制定防震减灾对策、社会经济发展和国土利用规划提供　

科学依据。设计单位在规划立项论证阶段，要尽量避开地震活动断层，并结合相应的抗震　

设计规范进行抗震设计。为最大限度地减轻震害，保障人民生命和财产安全做出贡献。　

３常时微动测试采用的方法和数据处理　

地震小区划是研究某确定地区在未来强地震时地面运动的特征并根据其特征做出的小　

区划。要提高地震小区划的精确度，更好的为工程建设服务，就必须弄清强地震时地面运　

动的特点。　

大量研究表明，某一观察点的地震频谱、地脉动频谱和地震烈度之间存在相关性。在　

低烈度区，地脉动卓越周期也小，地震频谱的卓越周期也小；反之，在高烈度区地脉动和　

地震频谱的卓越周期也大。它们之间有很强的相关性。　

在一定的时间空间的尺度范围内，微动表现为一个平稳的随机过程，故可利用微动的　

频谱在时间域、空间域的各种特性进行资料解释。在地表观测的微动信息中，通过求微动　

波的频谱曲线来推断场地的稳定性，即由卓越周期推断建筑场地类别。　

对于建筑物的抗震设计，常时微动的测量方法是：选择没有干扰的震源时进行．并且　

测点选择在平坦的地方，以便安置和调整检波器和测量仪器。按测量形式分为地面测量和　

井中测量两种。检波器一般采用固有周期为１　ｓ的速度型检波器，一台检波器只能测量一个　

方向的分量，地面测量时按南北、东西和垂直地面三个方向布置三台检波器；井中测量时　

表１微动测试常用的人员和设备　

Ｔａｂｌｅ　１　Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｆａｃｉｌｉｉｅｓ　ｆｏｒ　ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｕｌｔｓａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　

人员数量　

外业采集　

内业计算　

总计　

使用设备　

（１）三分量检波器　

（２）Ｉ程检测仪　

（１）电脑　

设备造价　

ｌ５　０ｏ０　

３５　０ｏ０　

施工工期／ｄ　

５　０ｏｏ　

５　０ｏｏ　

６Ｏ　Ｏｏｏ　

（２）软件　

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９８　华南地震　２７卷　

采用井中三分量检波器。测量仪器是集信号放大、滤波、显示、记录于一体的仪器。数据　

采集时还要注意时间和天气对常时微动的测量的影响，数据采集好后就是数据处理了。　

；　

常时微动的数据处理方法主要有两种，一是周期频谱法。二是频谱分析法。周期频谱　

法是研究微动出现频率的次数．就是以周期为横坐标，以不同周期波形出现的频率次数为　

纵坐标．来研究得出场地的卓越周期。频谱分析法是把测量仪器记录的常时微动用处理软　

０　矗

，；

件变换到频率域处理，得到该测点的卓越周期。　

■　

抗震设计即离不开区域背景，又离不开局部的精确分析。鉴于目前我国使用的

：　

《中　

国地震烈度区划图》（１９９０）采用的是四百万分之一的比例尺，不能用来预测１：１　０００　

或１：５Ｏ０比例尺的小范围内和特定场地条件下的地震烈度变化．而由前面可知．常时微动　

测试不仅可以应用在小范围的建筑场地地基评估上，而且其工作又具备生产成本小，施工　

工期短的特点．因此可以把常时微动测试应用于１：５００或１：１　０００比例尺的小范围内和特　

定场地条件下的建筑场地的精确分析。　

ｉ１　‘

…　

，　

４实际应用示例　

善　

我公司对常时微动测试工作处理的方法是：把采集好的数据全部经格式转化后．选择　

测试结果中记录较好的波形，利用地震资料处理软件ＣＳＰ５．０［２］来计算每一个测量点的每　

一

个分量的振幅谱曲线；由软件读取振幅谱的峰值频率，然后由峰值频率求该方向的卓越　

．　

周期　，Ｔｘ＝ｌｌＦｘ；其中　代表测量点的分量频谱曲线的峰值频率。　

■．　

以下为济南发电厂重型发电机车间场地测试的三个频谱曲线，　、ｙ、Ｚ三分量的卓越　

；　

周期分别为０．１４９　ｓ、０．１５４　ｓ、０．１５４　ｓ。从而确定该车间场地的卓越周期为０．１５　ｓ。　

图ｌ场地的三分量频谱曲线　

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｒｅｅ—ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｃＨＩＶｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　

既然有了一个点的卓越周期，就可以依照此法进行多个点的卓越周期数据采集。在得　

到一个地震小区划的卓越周期后，我们就可以绘制出该地震小区的卓越周期的等值曲线图。　

按照在低烈度区，地脉动卓越周期也小，地震频谱的卓越周期也小；在高烈度区地脉动和　

地震频谱的卓越周期大的特点，就能对该小区内未知点的卓越周期作出推断。当然该图的　

网点密度越大，其可靠性和精确性也就越高。进而也能够为工程抗震建设和减轻灾害提供　

依据。　

；

．　

　．

．　

越溉

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３期　张卫华：常时微动测试在抗震设计上的应用　

参考文献：　

［１］王兴泰．工程与环境物探新方法新技术［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９６，１９２—１９５　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　

Ｔｅｓｔ　ｔｏ　Ａｓｅｉｓｍｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　

ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉｈａ　

（ＨｕｎａｎＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１３１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ　ａｂｏｕｔ　ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ａｓｅｉｓｍｉｃ　ｄｅｓｉｎ　ｇａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｓｅｉｓｍｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ，ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ，ｐｒｅｅｍｉｎｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｖａｌ，ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　

ｓｐｅｃｔｒｕｍ　

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