HVSR谱比法应用于强震数据时基本假定合理性讨论撰写时间：202X年XX月XX日张照鹏荣棉水卢滔李红光摘要：采用日本KiK-net台网中9个台站的实测场地模型及多个地震的强震观测记录等数据，对HVSR方法应用于强震数据时“基岩处水平-竖向谱比为1”的假定进行了讨论，并探讨了利用不同系数计算场地水平传递函数TFH的差异，最后对表征不同TFH差异的系数进行了相关性分析。结果表明：强震观测数据揭示的基岩内水平-竖向谱比不一定为1，仅在某一频率范围内可以视为一个常数;表征用不同TFH差异的系数C取为12αB/βB时，计算得到的水平向传递函数与实际观测得到的水平向经验传递函数一致性较好;HVSRB与12αB/βB在所考虑的频率范围内存在一定的弱相关性。关键词：HVSR谱比法;强震观测;传递函数中图分类号：P315.91文献标志码：A文章编号：10-0666（2021）04-0538-080引言场地效应一直是地震工程领域研究的热点，表现为地震动作用范围内的地震灾害的地表破坏现象（彭承光，202x）。其主要是由地震波经过不同场地条件时对地震动的放大导致的，直接影响地震灾害程度的分布（李小军，彭青，202x）。目前，有许多基于地震动记录的经验分析方法被广泛用于场地效应的研究，包括传统谱比法（Borcherdt，1970），线性反演法（Andrews，1986）和水平-垂直谱比法（HorizontaltoVerticalSpectraRatio，简称HVSR）（Nakamura，1989）。其中，HVSR谱比法因不受参考场地的约束而被广泛应用。HVSR谱比法由Nakamura（1989）提出，是一种基于同一地表测点地脉动水平向和竖向分量傅里叶幅值谱比值估计场地动态特征的方法。在大量地脉动观测的基础上，Nakamura（1989）曾提出2个基本假定：①地震波由基岩传播至地表后，竖向分量基本不放大，竖向传递函数为1;②基岩处的HVSR谱比为1，即HVSRB=1。若上述假定均成立，则容易推知ETFH=HVSRS，即地表处的HVSR谱比可直接视为水平向经验传递函数。这就意味着只需利用单台三分量的地表观测记录就可获得水平向经验传递函数，进而估计场地放大效应。HVSR谱比法最早是基于地脉动进行场地动力特性研究的，经过几十年的发展，该方法已扩展至基于强震动研究场地动力特性的领域。因这一方法的简便性，国内外许多学者将该方法应用于场地效应研究（王伟君等，202x;Xuetal，2021）。但这一方法的基本假定是否成立仍存在较大的争议（卢滔等，202x），Javier等（202x）通过不同的方法对HVSR谱比法的基本假定进行了验证，但所得结论不一，Victor等（202x）认为基岩处HVSR谱比为1或接近1，但还有人认为其值为某一常数。本文以日本KiK-net台网中的9个台站获取的地震动记录为基础数据，对各台站的场地土层数据和傅里叶幅值HVSR谱比进行统计分析，讨论HVSR方法应用于强震数据时的第2个假定的合理性，并给出相关建议。1數据选取KiK-net台网是为研究地下强震动传到地表的变化而建设的井下强震观测系统，由689个地表和井下三分量数字加速度仪台站组成，在地表和井下分别安装了较高灵敏度的加速度计，仪器采样频率是2Hz，仪器动态范围120dB，满量程±2g，仪器触发阈值是0.2gal，最小记录长度是120s（史大成等，2021）。Thompson等（2021）提出：当各个地震事件获得的经验传递函数的差异和各个台站地震数据获得的经验传递函数与一维理论传递函数的差异均较小时，可认为该台站场地能用一维土层模型近似描述。本文依据上述标准从KiK-net台网中选取了符合一维场地假设，并且可以认为没有二维和三维地形影响的9个台站，分别为TKCH08，FKSH11，FKSH14，IWTH27，IBRH10，IWTH08，IBRH13，IBRH17和KSRH10台，各台站速度剖面和钻孔柱状图及基岩处传感器深度位置如图1所示（方括号内数字为剪切波速值;圆括号内数字为对应土层P波波速值），9个台站中钻孔底部最浅深度为1m，最深为9m。本文依据地震动峰值加速度PGA介于30～50gal的筛选原则选取了从2021年3月11日至2021年12月16日记录到的共110条地震动记录，如图2所2数据处理与统计分析计算与处理HVSR谱比曲线共3个步骤：①对9个台站记录到的共110条地震动记录进行带通滤波和基线校正处理，带通滤波用于消除关注范围外的频率成分，基线校正是校正因低频误差和地...