基于環(huán)境噪聲測試表征斜坡地震動響應(yīng)

屈中周 劉鵬

山東經(jīng)緯測試技術(shù)開發(fā)公司 山東濟(jì)南 250000

研究斜坡地震動是深入了解地震動，并對斜坡在地震影響下受到破壞變形進(jìn)行預(yù)警的重要途徑。隨著技術(shù)的發(fā)展，利用測試環(huán)境噪聲來表征斜坡地震動響應(yīng)逐漸被廣泛應(yīng)用。環(huán)境造成具有采集成本低且獲取比較容易的特點(diǎn)，受場地條件的影響相對較小，能夠滿足廣泛采集的要求，同時(shí)還可以在較高的受控條件下完成對指定區(qū)域的周期性噪聲的記錄采集，并且可以利用HVSR 等方法對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為斜坡地震動響應(yīng)表征研究奠定良好的基礎(chǔ)。

1 某斜坡地區(qū)概況

某斜坡位于我國西南地區(qū)地震多發(fā)區(qū)域，且在地震發(fā)生中發(fā)生過次生滑坡災(zāi)害，嚴(yán)重威脅了該地區(qū)的人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此需要通過環(huán)境噪聲測試來加強(qiáng)對該斜坡區(qū)域的地震動響應(yīng)。在本次環(huán)境噪聲測試工作中，分別在冬春兩季分別進(jìn)行環(huán)境噪聲信息的采集，以便對環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而更加準(zhǔn)確的掌握斜坡地震動響應(yīng)表征。

2 環(huán)境噪聲測試點(diǎn)以及測試設(shè)備的選擇

在該斜坡場地環(huán)境噪聲的測試中，為了對全面獲取場地的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)，選擇了斜坡地震動數(shù)據(jù)檢測采集儀、微震動傳感器以及GPS 接收設(shè)備。其中數(shù)據(jù)采集儀的測量精度達(dá)到了0.005mV，而其采樣頻率則在1Hz 到2000Hz 之間，同時(shí)由于該數(shù)據(jù)采集儀的各通道均配置有24 位獨(dú)立低噪聲ADC，因此其動態(tài)范圍達(dá)到了120dB 左右[1]。在采集環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)時(shí)為了能夠更好的獲取場地垂直以及其在南北和東西水平方向上的數(shù)據(jù)信息，采用了三通道的采集方式。在布設(shè)環(huán)境噪聲測試點(diǎn)時(shí)，在坡角處的基巖平臺設(shè)置了參考站，并將測試設(shè)備分別設(shè)置在監(jiān)測臺站以及參考站，以便對參考點(diǎn)的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)采集，同時(shí)，還通過斜坡各臺站分別監(jiān)測30min 到35min 范圍內(nèi)的環(huán)境噪聲信息。此外，還在強(qiáng)震基站外較為平緩的地面設(shè)置了微震測試儀，以減少對無關(guān)變量對測試數(shù)據(jù)的影響。

3 環(huán)境噪聲測試數(shù)據(jù)的分析處理

3.1 環(huán)境噪聲測試數(shù)據(jù)的主要分析方法

在對環(huán)境噪聲測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析時(shí)，應(yīng)以參考點(diǎn)所獲取的場區(qū)持續(xù)環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對相同時(shí)間段內(nèi)斜坡對應(yīng)檢測點(diǎn)的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)加以截取，并根據(jù)地震記錄數(shù)據(jù)特點(diǎn)，分別采用Seismo Signal以及geopsy等軟件來進(jìn)行曲線轉(zhuǎn)化以及平滑處理，之后再通過HVSR 以及SSR 法來完成數(shù)據(jù)的分析，而在本次場地效應(yīng)的分析中則主要采用的是SVSR 法。

（1）通過HVSR 法分析斜坡地震動響應(yīng)表征。通過對該斜坡場地在冬春兩季的兩次環(huán)境噪聲測試獲取了其參考場地以及各臺站場地的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)以及譜比放大曲線圖。在HVSR 曲線圖中，其參考場地在兩次測試中的HVSR 曲線均呈現(xiàn)較為平緩的特點(diǎn)，且峰值放大頻率基本在1.5Hz 到3.5Hz 之間，而放大系數(shù)則在1左右，無明顯放大效應(yīng)，說明其是合適的參考場地[2]。同時(shí)通過對各監(jiān)測點(diǎn)在2 次環(huán)境噪聲測試中的HVSR 曲線的分析發(fā)現(xiàn)，環(huán)境噪聲在不同時(shí)段和季節(jié)存在一定的差異，且其場地動力響應(yīng)則會隨著高程的增加以及地形變化等出現(xiàn)相應(yīng)的增強(qiáng)。

（2）通過SSR 法分析斜坡地震動響應(yīng)表征。而在通過SSR法對該場地環(huán)境噪聲的2 次測試數(shù)據(jù)的分析則發(fā)現(xiàn)，該斜坡的地震動效應(yīng)會受到場地地質(zhì)特征和坡頂?shù)匦蔚纫蛩氐挠绊懀移溆绊懗潭瘸收壤P(guān)系。同時(shí)各監(jiān)測場地的HVSR 曲線與其SSR 曲線具有相似的放大特征。

3.2 不同數(shù)據(jù)處理方法的對比分析

通過結(jié)合該場地的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)，對該斜坡場地的HVSR 法以及SSR 法分析結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，其0 號臺站場地的峰值頻率達(dá)到了7Hz 左右，存在較為明顯的覆蓋層放大效益，而與HVSR相比，其SSR 譜比曲線的放大系數(shù)更大。而采取HVSR 法對其他基巖場地的分析發(fā)現(xiàn)，其中1 號臺站場地的在2Hz 到4Hz 頻率范圍內(nèi)有放大效應(yīng)發(fā)生，但在采用SSR 法進(jìn)行分析時(shí)，為發(fā)現(xiàn)其余場地在2Hz 到4Hz 頻段范圍內(nèi)存在明顯的放大效應(yīng)。對兩種分析方法進(jìn)行綜合性比較后發(fā)現(xiàn)，HVSR 法能夠?qū)υ撔逼聢龅氐牡卣饎禹憫?yīng)表征進(jìn)行更為準(zhǔn)確合理的分析。

因此通過對該斜坡場地環(huán)境噪聲的2 次測試數(shù)據(jù)的HVSR 分析發(fā)現(xiàn)，其譜比曲線基本一致，說明在測區(qū)環(huán)境條件未發(fā)生明顯變化的條件下，季節(jié)性的溫濕度變化對所采集的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)并未產(chǎn)生明顯的影響，環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性比較好，能夠滿足對地震動響應(yīng)表征的要求。同時(shí)結(jié)合該地區(qū)的強(qiáng)震譜比曲線可以發(fā)現(xiàn)，該斜坡場地在低頻段的峰值頻率在2.5Hz 到4.5Hz 之間，其環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)和強(qiáng)震數(shù)據(jù)存在較好的擬合性，進(jìn)一步說明采用HVSR 法能夠更好的基于環(huán)境噪聲測試表征斜坡地震動響應(yīng)[3]。與強(qiáng)震監(jiān)測相比，環(huán)境噪聲信息由于獲取比較容易且其隨時(shí)發(fā)生，因此通過環(huán)境噪聲測試來研究表征斜坡地震動響應(yīng)將成為災(zāi)害預(yù)警技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

4 結(jié)語

環(huán)境噪聲測試是表征斜坡地震動響應(yīng)的有效途徑之一。在測試實(shí)踐中要注意外界環(huán)境因素對環(huán)境噪聲的坡長性質(zhì)和噪聲源位置等參數(shù)的影響，測試人員應(yīng)合理選擇環(huán)境噪聲的測試點(diǎn)以及測試儀器設(shè)備，并要在人類活動、地下水環(huán)境以及季節(jié)條件發(fā)生改變時(shí)對同一待測區(qū)域的環(huán)境噪聲反復(fù)進(jìn)行測試，以確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和客觀性。同時(shí)在數(shù)據(jù)分析時(shí)也應(yīng)合理選擇分析方法，提高對斜坡場地震動響應(yīng)的擬合度，從而準(zhǔn)確預(yù)測滑坡災(zāi)害。