Comparison of different site classification methods based on statistical analysis of strong ground motion records
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摘要: 以特定深度范围内岩土层等效剪切波速作为控制参数的单指标场地分类及以特定深度内土层等效剪切波速和覆盖土层厚度作为控制参数的双指标场地分类是国际上的两大类场地分类方法，两类方法的适用性和合理性一直是工程界所关注和讨论的问题。工程场地分类的基本用途是合理地考虑场地条件对地震动影响以确定建设工程的设计地震动参数，同一分类场地中强震动记录频谱特性的一致性程度是说明场地分类方法合理性的最有效标准。利用日本KiK-net观测台网的强震动记录和台站钻孔资料进行统计分析，探讨了已有的多个场地分类方法的差异和优劣。首先采用中国、美国和日本等国家规范中及近年来提出的几种新的场地分类方法分别进行台站场地类别划分和强震动记录分组，而后针对不同分类方法中同类场地台站的地表地震动加速度记录进行加速度反应谱（包括峰值加速度）与震级和震中距关系的统计分析，并通过加速度反应谱统计残差分析，探讨了不同场地分类方法中同类场地台站强震动记录加速度反应谱的一致性和聚类性。研究结果表明：在所研究的场地分类方法中，土层等效剪切波速和覆盖土层厚度为控制参数的双指标的中国抗震规范场地分类方法为最优方法。Abstract: The one-index site classification based on the equivalent shear wave velocity of rock and soil layers within a specified depth as the control parameter, and the two-index site classification based on the equivalent shear wave velocity of soil layers within a specified depth and the thickness of overlying soil layers as the control parameters, are the two major categories of site classification methods. The applicability and rationality of the two categories of methods have consistently been focal points of attention and discussion within the engineering community. The primary purpose of engineering site classification is to judiciously consider the site effects on strong motion to determine the seismic design ground motion parameters for construction projects. The degree of consistency in the spectral characteristics of strong motion records within the same classified site stands out as the most effective criterion for elucidating the rationality of the site classification methods. Utilizing strong motion records from the Japanese strong-motion seismograph network KiK-net and related site borehole data of the observation stations, the statistical analysis was conducted to delve into the distinctions and merits of the existing site classification methods. Initially, the site classification of the observation stations was carried out using the site classification methods including the specified in seismic design codes from countries such as China, the United States, and Japan, and several recently proposed ones, and then the collected strong motion records are grouped accordingly. Subsequently, statistical analyses of acceleration response spectra, including the peak acceleration, were performed for ground motion acceleration records from the observation stations with the same site class specially for different site classification methods. The study also scrutinized the consistency and clustering property of acceleration response spectra for strong motion records from the observation stations with the same site class across various site classification methods through the statistical residual analysis. The research findings reveal that, among the site classification methods studied, the site classification method of the Chinese seismic design code, a two-index site classification method based on the equivalent shear wave velocity of soil layers and the thickness of the overlying soil layers as the control parameters, is deemed as the optimal method.
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0. 引言
茨哈峡混凝土面板坝坝高257.5 m，采用天然砂砾石料筑坝，是拟建的世界最高混凝土面板坝工程。由于天然砂砾石料磨圆度好，颗粒间的咬合作用差，且级配是天然的，存在分选问题，较人工掺配的粗粒料渗透稳定性差。因此，本研究以茨哈峡面板堆石坝工程天然砂砾石坝料，开展垫层料与过渡料的联合抗渗试验，这对坝体安全性评价十分重要[1-3]。
工程界对筑坝砂砾料渗透变形的研究主要采用渗透仪进行试验[4-5]。但现有试验规范对全级配粗粒料的组合抗渗反滤试验方法不完善，受渗透仪尺寸限制，相关试验对试样超粒径多采用缩尺处理[6-7]，国内学者对砂砾料试样缩尺和缩尺前后渗透特性变化[8]、不同应力状态下的反滤料联合抗渗特性[9]、反滤料的设计要求[10-11]、垫层料和过渡料的渗透及渗透变形 [12-13]、粗粒土渗透系数影响因素[14]等方面进行了相关研究探讨，但对原级配砂砾石筑坝料联合抗渗试验演变过程相关研究较少。本文主要对茨哈峡水电站垫层料与过渡料之间的联合抗渗试验进行研究，分析全级配砂砾料联合抗渗演变过程，验证证茨哈峡水电站垫层料与过渡料分区的反滤保护及排水作用。
1. 联合抗渗试验研究
1.1 试验设备
试验设备采用中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司自主研制的高水头原级配大型渗透仪器，如图 1所示。设备参数如下：①试验供压供水采用恒压水源控制系统，可在0~300 m试验水头之间调频稳定供压，其最大供水量为42.0 m³/h；②水头压力测量采用多通道压力传感器实时自动采集，其精度为±0.25%F.S；③渗流量测量分梯度自动测量，小流量（Q < 200 mL/s）采用磁翻板液位计法测量，当试验渗流基本稳定时，关闭磁翻板液位计量筒开关，动态实时观测渗流量，观测结束时打开量筒开关；大流量（Q≥200 mL/s）采用电磁流量计法测量，电磁流量计安装在渗流出流管上，实时观测出流量；④组合式渗透仪，其渗透仪箱体为矩形断面，有效截面尺寸为1.0 m×1.0 m；单节箱体试样段长2.0 m，组合后总长可达16.0 m。箱体可承受分级施加的最大水头为300 m的水压荷载。试验段箱体两侧分别设置有水压观测接口孔。
1.2 联合抗渗试验方案
垫层料与过渡料进行联合抗渗试验时，垫层料为被保护料，其试样长度为1.5 m，过渡料为保护料，其试样长度为0.5 m，两种填筑料分界坡面为垂直，虚铺填筑料时，在试样分界面处设置垂直薄钢板挡板，防止不同填筑料混淆。采用1 m×1 m组合式渗透仪允许试样粒径分布曲线的D85不大于250 mm。茨哈峡水电站垫层料与过渡料的原级配料D85分别为50，105 mm，均小于250 mm，故可用1 m×1 m组合式渗透仪对设计平均级配筑坝材料进行原级配填筑料联合抗渗试验研究。填筑料平均级配曲线如图 2所示。原级配联合抗渗试验制样标准见表 1。
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图 2 茨哈峡水电站砂砾石筑坝料级配曲线图Figure 2. Grain-size distribution curves of gravel dam materials for Cihaxia Hydropower Station表 1 原级配渗透特性试验制样标准Table 1. Standard for sample preparation of permeability characteristic tests on original gradation填筑料类别 制样干密度/(g·cm-3) 相对密度Dr 垫层料 2.32 0.95 过渡料 2.36 0.95 为尽可能模拟土石坝大坝渗流实际情况，联合抗渗试验的渗流方向平行于制样分层面，试验时渗透仪箱体水平放置，透水板垂直于水平面，前后透水板直接接触试样，渗流出水口略高于试样顶面。透水板开孔率为18%，孔径为1.0 cm。
联合抗渗试验对试样各测压断面两侧分别安装测压传感器，其中#2，#5，#8，#11，#14，#17，#20，#23传感器深入试样内部12 cm，其中#3，#6，#9，#12，#15，#18，#21，#24传感器深入试样内部3 cm；除#23，#24传感器外，其余相邻传感器之间的试样渗径为25 cm，其中#20~#23，#21~#24传感器之间试样渗径为35 cm，#23传感器距离出水口透水板距离为3 cm，联合抗渗试验试样总长度为2.0 m；此次联合抗渗试验测压传感器#2至测压传感器#23间的有效渗径长度为1.85 m，如图 3所示。
1.3 试验方法
联合抗渗试验方法在执行《水电水利工程粗粒土试验规程》的基础上，为提升试验成果的精度，对试样与渗透箱体边壁绕流问题、试样振动击实问题、试样内部水压测试、试样封堵、试样制备等问题进行了优化改进。
（1）针对试样与箱体边壁接触处理问题，箱体内侧壁表面涂抹具有黏结性、弹塑性聚脲涂层，聚脲涂层包括底涂黏结剂和聚脲层，涂层厚度控制在3~4 mm，在试验渗透水压2.0 MPa条件下，箱体边壁与涂层之间黏结稳固，不产生离层。能在试样和箱体之间起到较好的缓冲作用，使试样和渗透仪边壁的结合更加紧密，避免试样与仪器边壁接触面形成渗流薄弱界面。
（2）由于试验制样密度相对较高，箱体形状为矩形，制样过程中边壁及边角制样密实程度处理困难，根据试样粒径确定制样分层厚度，垫层料装填时分层厚度为12.5 cm，过渡料装填时分层厚度为20.0 cm，根据试验制样标准计算出每层的试样质量。模拟大坝碾压工艺，利用特制可调频可变功率振动器，上述振动器其夯板边长为500 mm×500 mm，厚度为20 mm方形板，可提高对方形容器边角区域的压实度；通过变频器调节振动电机的频率，采用“高频低幅”的振动压实方法，避免粒料离析分层，将试样击振至分层设计标高，通过测量试样箱体内试样的高度，控制填筑压实指标。
（3）试样内部水压测试，采用测压延伸管将水头压力传感器测点伸入试样内部，测压延伸管包括外过滤网、填充料、内过滤网、刚性延伸管、柔性延伸管、排气阀门、开关阀，外过滤网与内过滤网之间填充细砾，其后连接延伸管，通过柔性延伸管角度移动提供位移变位，避免延伸管阻碍试样击实时的颗粒移动，保证延伸管周围试样密实，延伸管与渗透仪箱体内壁采用螺纹连接。主要有两方面目的：①避免测压管直接测量箱体侧壁薄弱面的局部水头代表该断面水头，降低绕壁渗流作用对测压管水头量测值的影响；②本次渗透试验试样尺寸较大，通过改变伸入箱体内部连接杆长度，可对比测试同一断面内试样不同位置的水压值，其大小差异可用以评估对试验结果的影响。
（4）试样与上盖板间密封采用微膨胀缓凝早强砂浆，即有利于试样密封操作，其早期强度满足试验的强度要求有利于尽早进行试验。
2. 试验成果及分析
根据高水头原级配大型渗透仪器设备的特征，总试验水头由基于PLC的工业控制系统开发的恒压水源供水供压装置控制；试验过程中分级施加水头，每级施加的水头值为有效渗径与试验坡降的乘积，坡降递增值为0.05，0.10，0.15，0.20，0.30，0.50，0.70，1.00，1.50，2.00，3.00，其中临界坡降之前递增小于0.20，坡降大于20以后按照3.00递增；高水头原级配大型渗透仪器设备加压稳压性能好，加压后其水头均能稳定在目标值；试验过程中对渗流量、各试样断面的水位、出水浑浊程度等指标进行观测，每级水头加载45 min后，选取3次间隔15 min出流测量值的平均值为本级出流量观测值。
对试验过程中的测压传感器的读数进行分析，在低试验水头（不大于15 m），同一断面的测压传感器所测的水头值基本相同，在中试验水头（15~40 m），同一断面的测压传感器所测的水头值存在差异，高试验水头（大于40 m），同一断面的测压传感器所测的水头值差异变大。具体表现为深入试样内部距离小的传感器延伸管测得水头值偏大，相邻传感器数值更早的趋于一致。本次选用测量传感器为#2，#5，#8，#11，#14，#17，#20，#23传感器读数作为试验水头观测数据。
各试验水头下不同传感器观测水头与渗流量关系如图 4所示。在临界坡降之前（总水头小于2.5 m），各测压传感器所测得水头基本等差递减分布，临界坡降之后，随着试验水头提升，#17与#20传感器测值的水头差值不断增大。目测渗流出水口的颜色：坡降i＜1.35时，水色呈透明；在坡降i=1.35左右，水色呈半透明的白玉状；继续提升水头，坡降至i=4.60~7.80，初始时段水色呈非透明暗玉状，持续一段时间后，水色逐渐变为半透明暗玉状，说明试样内部颗粒调整，达到稳定；继续提升水头，水色逐渐浑浊至泥水色，直至破坏。45级左右水头后，除临近出流口透水板的#23传感器，其余各个传感器所测试样断面均已贯通，顾各测压传感器测得水头值趋于一致，水头线重叠。
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图 4 测压管水头和渗流量试验过程动态曲线Figure 4. Dynamic curves of piezometric pipe head and seepage test process为了更完整地表述联合抗渗试验的整个演变过程，分别对试验中的试样整体、被保护料部分、保护料与被保护料试样反滤界面处试样段分别进行渗流演变过程分析。
2.1 试样整体渗流演变过程分析
选取#2~#20传感器之间的试样段进行反滤试验渗透特性分析，试样渗径长度为1.50 m，渗透lgi-lgv曲线如图 5所示，试验测得整体试样段渗透系数为k20=4.21×10-3 cm/s，由渗透lgi-lgv曲线（图 5）并结合出水口水色变化等试验现象综合分析，判断临界坡降ik=1.35，此时渗透lgi-lgv曲线出现向右平移转折；当坡降值为19.61时，继续提升试验水头值渗透lgi-lgv曲线出现明显向下转折，坡降值减小，说明试样各断面之间渗透通道已贯通，判定试样的破坏坡降为iF=18.25，此时出水口水色呈颜色较深泥水色。试验成果如表 2。
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图 5 #2~#20、#2~#23传感器测试断面之间试样段lgi-lgv曲线Figure 5. lgi-lgv curves of sample sections between #2~#20 and.sensors of #2~#23表 2 垫层料-过渡料联合抗渗试样整体试验成果Table 2. Overall test results of combined seepage failure samples of cushion materials -transition materials试样渗径 渗透系数k20/(10-3cm·s-1) 临界坡降ik 破坏坡降iF 整体试样段
（#2~#20传感器间试样段，L=1.50 m）4.21 1.35 18.25 级配缩尺后的联合抗渗成果 3.89 0.78 10.33 注：试样级配缩尺后的联合抗渗特性试验采用渗透仪尺寸为50 cm×50 cm×100 cm，缩尺后最大粒径为60 mm。 选取#2~#23传感器之间的试样段进行渗透特性分析，其试样渗径长度为1.85 m，渗透lgi-lgv曲线如图 5所示；由于出水口刚性透水板的支撑和反滤作用，对透水板前试样形成保护作用，随着试验水头提升，后部#23传感器紧邻渗流出水口，读数基本保持不变，渗透lgi-lgv曲线（图 5）出现多次折叠上升，流速周期性增减，折叠上升后的渗透lgi-lgv曲线与原曲线近似平行，出水口水色特别浑浊，试样的渗透系数变小。
对比#2~#20、#2~#23传感器之间的试样段的渗透特性曲线可知：当垫层料与过渡料分界面处试样段未贯通时，两条渗透lgi-lgv曲线形态基本一致，说明过渡料试样段渗流的稳定性；随着试验水头的提升，#17~#20传感器间试样段渐渐贯通形成渗流通道，垫层料与过渡料间反滤作用破坏，此时#2~#20传感器之间试样段坡降快速降低，而#2~#23传感器之间试样段坡降仍处于增大阶段；表面此时已造成试样内部颗粒调整，渗流量也随之出现较大波动。
#17传感器布置在垫层料内，#20传感器布置在过渡料内，分析垫层料/过渡料联合抗渗试验的试验加压水头与各试样段及试样分界面试样段的坡降关系，试验水头H与坡降lgi关系曲线如图 6所示。分析得知：随着试验水头提升，#17与#20传感器测值的水头差值不断增大，当试验水头提升至30.72 m时，#17与#20传感器测试断面之间形成最大水头差值为20.49 m，此时传感器#17与#20间的试样段承受坡降值为81.96。分析可知#17与#20传感器之间试样段为最大水头损失试样段。其后继续提升试验水头值，#20传感器所测水头值增幅较快，#17与#20传感器两测试断面测得水头差值逐步降低，水头提升至35.50 m时，#17与#20传感器读数基本相同，说明此段试样已贯通形成渗流通道。
其后最大水头损失试样段后移至#20与#23传感器试样段，当试验水头提升到67.79 m时，此时除#23传感器外所有的传感器读数基本相同，随着试验的进行，直至水头提升至184.15 m结束试验时，所有传感器的读数保持此试验现象。
2.2 垫层料试样段渗流演变过程分析
对垫层料/过渡料反滤试验垫层料部分进行渗透特性分析，具体选取#2~#14、#2~#17传感器之间的垫层料试样段进行渗透特性分析，垫层料试样段渗流lgi-lgv曲线如图 7所示。渗透系数均值为4.72×10-3 cm/s，临界坡降均值ik=1.51，破坏坡降iF=10.83（见表 3）。从渗透曲线形态分析可知，垫层料#2~#14传感器间试样段渗透lgi-lgv曲线形态更平滑，#2~#17传感器间试样段渗透lgi-lgv曲线较波动，这与#17测压传感器更接近试样分界面有关。
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图 7 #2~#14、#2~#17垫层料试样段渗透试验lgi-lgv关系曲线Figure 7. lgi-lgv curves of cushion material sample sections between sensors of #2~#14 and #2~#17表 3 垫层料试样段渗流试验成果Table 3. Seepage test results of cushion material sample sections试样渗径 渗透系数
k20/(10-3cm·s-1)临界坡降ik 破坏坡降iF 垫层料试样段
（#2~#17传感器间试样段，L=1.25 m）4.17 1.43 10.52 垫层料试样段
（#2~#14传感器间试样段，L=1.00 m）5.26 1.58 11.14 均值 4.72 1.51 10.83 对该垫层料单独进行水平渗透试验取得渗透特性参数为：渗透系数k20=4.11×10-3 cm/s，临界坡降ik=1.01，破坏坡降iF=7.23。
2.3 分界面试样段渗流演变过程分析
垫层料和过渡料的试样分界面在#17与#20传感器测压断面之间，选取对垫层料进行反滤保护的#17~#20传感器之间试样段进行渗透特性分析。根据试验现象及渗透lgi-lgv曲线（见图 8）可知，试样的分界面试样段为首个最大水头损失试样段，该试样段坡降值由2.26逐步提升至84.91（即图 8渗流lgi-lgv曲线的起点时坡降至虚线以下点位的最大坡降）；继续提升试验水头该试样段逐步贯通，承担的坡降值变小，渗透lgi-lgv曲线出现明显转折。
破坏坡降计算公式为
iF=i′2+i′12， 式中，i′2为试样破坏时的渗透坡降，i′1破坏前一级的渗透坡降。
由式（2）得出该试样段破坏坡降值iF=83.07，其试样分界面处试验段渗流成果见表 4。
表 4 试样分界面处试样段渗流成果Table 4. Seepage results of sample section at sample interface试样渗径 破坏坡降iF 垫层料/过渡料组合料试样分界面处试样段（#17-#20传感器间试样段，L=0.25 m） 83.07 随着水头的提升分界面试样段不断贯通破坏，渗流最大水头损失试样段不断后移，当#17与#20传感器间试样段坡降值增加至93.60时，继续提升试验水头，此时最大水头损失试样段后移至#20与#23传感器测压断面之间（其中#23测点距出水口透水板3 cm），随着水头的提升其坡降由78.06升至524.17，lgi-lgv曲线呈现折叠上升形态，试样#17-#20试样段和#20-#23试样段的渗流lgi-lgv曲线如图 9所示。
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图 9 过渡料渗流颗粒级配分析曲线图Figure 9. Grain-size distribution curves of transition material seepage2.4 过渡料渗流颗粒级配分析
反滤试验前，在试样分界面后部过渡料中取样一组，GK-1；反滤试验后，在试样分界面后部的过渡料中取样2组，分别为GK-2，GK-3。对所取试样进行颗粒级配分析试验，试验成果见图 9。颗分成果表明，过渡料中粒径小于2 mm的试样含量增多，垫层料试样随着渗流的进行，存在粒径小于2 mm的试样被水流带入分界面后过渡料中，说明在试样分界面前后试验的过程中细颗粒不断移动，并在试样的后部淤积。
2.5 试验成果分析
原级配垫层料-过渡料联合抗渗整体试样段渗透系数更接近于本次试验垫层料试样段的渗透系数，与以往该筑坝料级配缩尺后该类型试验测得渗透系数比较接近，但原级配联合抗渗试验所求的临界坡降和破坏坡降大于级配缩尺后的联合抗渗试验所求的上述参数值。
该试验垫层料试样段的渗流系数和以往该筑坝料缩尺后单一料渗透试验和缩尺后联合抗渗试验所测得参数值接近。该试验垫层料试样段的破坏坡降大于单一垫层料渗透试验所求参数值，说明垫层料-过渡料联合抗渗试验中过渡料对垫层料有良好的保护作用。
原级配垫层料-过渡料联合抗渗试验分界面试样段（#17-#20传感器间试样段）贯通破坏过程中，所承担的坡降大于周围相同长度试样段所承担坡降值。与以往该填筑料缩尺后联合抗渗试验分界面试样段相比，此次试验分界面试样段前后水头差更大，反滤作用更为明显。
3. 结论
（1）对试验结果进行分析可知，垫层料-过渡料联合抗渗试样整体试样渗透系数更接近单一料中垫层料的渗透系数，符合试样整体的等效渗透系数取决于渗透系数最小的试样部分的基本规律。
（2）联合抗渗试验首个承担最大水头压力值的试样段在两种筑坝料分界面附近，说明保护料对被保护料的保护作用明显；试样分界面前后试样段的渗透系数小于任一单一料的渗透系数，说明试验过程中保护料与被保护料之间形成明显的反滤淤积保护作用。
（3）通过渗流演变过程分析可发现，随着试验提升水头的增大，试验水头压力并不是由试样长度范围内各试样段平均分担，而总是出现局部试样段以较短渗径承担较大水头压力差值。
（4）局部承担较大水头压力的试样段在试样中会有多个，随着反滤试验进行，组合料在试样的分界面处形成首个最大水头差承压界面试样段，继续提升试验水头，部分试样颗粒在渗流带动作用下不断移动堆积调整形成新平衡有关，当试样段管涌通道逐步贯通后，颗粒又逐步迁移调整形成下一个新的平衡，总体上是从上游向下游推移。
（5）当试样逐步贯通，反滤保护界面一直后移至刚性透水板处时，由于出水口刚性透水板的支撑和理想状态下的反滤保护作用，随着试验水头的提升，试样整体的坡降不断增大，但试验渗流量并未明显增大，而是呈现往复增减，在渗透变形曲线lgi-lgv上的表现形式为曲线折叠上升。
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图 1 强震动记录的震级、震中距和峰值加速度分布
Figure 1. Magnitude and epicentral distance along with peak ground acceleration (PGA) of strong motion records
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图 2 按照中、美、日规范方法、陈国兴法和谢俊举法的各类场地台站数量
Figure 2. Number of stations associated with different site classes defined by seismic codes of China, USA, Japan, and Chen and Xie
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图 3 基于中、美、日规范方法的场地分类比较
Figure 3. Comparison of site classes defined by seismic codes of China, USA, Japan for assembled profiles
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图 4 不同场地分类方案的衰减关系计算加速度反应谱曲线(阻尼比0.05)
Figure 4. Acceleration response curves for calculation of attenuation relationship of different site classification methods (damping ratio 0.05)
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图 5 不同场地分类方案总残差的均值与方差
Figure 5. Total residuals and variance of spectral acceleration curves given by different site classification schemes
表 1 中国规范的场地分类方案
Table 1 Site classification scheme in Chinese code
覆盖层厚度H/m VSe或VS30/(m·s-1) VSe≤150 250≥VSe > 150 250≥VSe > 150 800≥VS > 500 VS > 800 H=0 — — — Ⅰ1 Ⅰ0 0≤H < 3 Ⅰ1 Ⅰ1 Ⅰ1 3≤H < 5 Ⅱ Ⅱ Ⅰ1 5≤H < 15 Ⅱ Ⅱ Ⅱ — 15≤H < 50 Ⅲ Ⅱ Ⅱ — 50≤H < 80 Ⅲ Ⅲ Ⅱ — H≥80 Ⅳ Ⅲ Ⅱ — 
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表 2 美国规范的场地分类方案
Table 2 Site classification scheme in USA
场地类别 描述 VS30/(m·s-1) A 坚硬岩石 VS30 > 1500 B 岩石 1500≥VS30 > 760 C 软岩石或致密的土 760≥VS30 > 360 D 硬土 360≥VS30 > 180 E 软土 VS30≤180 F 需要专门评估的场地 —
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表 3 日本规范的场地分类方案
Table 3 Site classification scheme in Japan
场地类别 描述 场地基本周期T/s VS30/(m·s-1) 硬岩 — VS30 > 1100 SCⅠ 岩石 T < 0.2 VS30 > 600 SCⅡ 硬土 0.2≤T < 0.4 300 < VS30≤600 SCⅢ 中硬土 0.4≤T < 0.6 200 < VS30≤300 SCⅣ 软土 T≥0.6 VS30≤200 SCⅣ1 0.6≤T < 1.0 120 < VS30≤200 SCⅣ2 T≥1.0 VS30≤120
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表 4 陈国兴法(a)的场地分类方案
Table 4 Site classification scheme proposed by Chen(a)
VS或VSe 场地类别 Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 特殊土类 VS > 800 800≥VS > 500 500≥VSe > 275 H < 5 H≥5 275≥VSe > 170 H < 50 H≥50 VSe≤170 H < 80 H≥80 VSe≤120 H≥10
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表 5 陈国兴法(b)的场地分类方案
Table 5 Site classification scheme proposed by Chen(b)
场地类别 土层VSe或岩石VS/(m·s-1) 土层厚度H / m 场地基本周期TS/s Ⅰ0 VS > 800 — Ⅰ1 800≥VS > 500 — 0.2≥TS≥0.1 Ⅰ1 500≥VSe > 275 < 5 Ⅱ 500≥VSe > 275 ≥5 0.4≥TS≥0.2 Ⅱ 275≥VSe > 170 < 50 Ⅲ 275≥VSe > 170 ≥50 0.9≥TS≥0.4 Ⅲ VSe≤170 < 80 Ⅳ VSe≤170 ≥80 1.4≥TS≥0.9 特殊土类 VSe≤120 ≥10 TS > 1.4 注：①VSe的计算深度取覆盖土层厚度和30 m两者的较小值；②H < 3 m的场地，如土层不作为持力层，则场地划入Ⅰ1类。
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表 6 谢俊举法的场地分类方案
Table 6 Site classification scheme proposed by Xie
场地类别 描述 VS30/(m·s-1) Ⅰ0 岩石 VS30 > 1140 Ⅰ1 坚硬土 1140≥VS30 > 640 Ⅱ 中硬土 640≥VS30 > 260 Ⅲ 中软土 260≥VS30 > 170 Ⅳ 软弱土 VS30≤170
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表 7 各类场地的台站数
Table 7 Numbers of stations associated with different site classes
场地类型 数量 百分比/% 中国规范 Ⅰ0 7 1.08 Ⅰ1 98 15.17 Ⅱ 497 76.78 Ⅲ 34 5.42 Ⅳ 10 1.55 美国规范 A 3 0.46 B 77 11.92 C 375 58.05 D 177 27.40 E 14 2.17 日本规范 SCⅠ 247 38.24 SCⅡ 165 25.54 SCⅢ 67 10.37 SCⅣ1 83 12.85 SCⅣ2 84 13.00 陈国兴法(a) Ⅰ0 7 1.08 Ⅰ1 52 8.05 Ⅱ 471 73.07 Ⅲ 105 16.10 Ⅳ 6 1.08 特殊土 5 0.62 陈国兴法(b) Ⅰ0 8 1.23 Ⅰ1 47 7.28 Ⅱ 237 36.69 Ⅲ 292 45.20 Ⅳ 58 89.78 特殊土 4 0.62 谢俊举法 Ⅰ0 11 1.70 Ⅰ1 124 19.20 Ⅱ 440 68.11 Ⅲ 57 8.82 Ⅳ 14 2.17
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表 8 中国规范方法与其他方法的场地分类对应关系
Table 8 Relation between site classes in Chinese code method and in other methods
单位: % 日本 中国场地类别 Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ SCⅠ 2.8 30.4 66.8 SCⅡ 5.5 94.5 SCⅢ 11.9 88.1 SCⅣ1 85.6 7.2 7.2 SCⅣ2 54.8 33.3 11.9 美国 Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ A 66.7 33.3 B 6.5 66.2 27.3 C 11.7 88.3 D 1.1 81.4 16.9 0.6 E 7.1 28.6 64.3 陈国兴法(a) Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ0 100 Ⅰ1 100 Ⅱ 5.52 93.63 0.85 Ⅲ 19.05 51.43 28.57 0.95 Ⅳ 100 特殊土 40 60 陈国兴法(b) Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ0 50 50 Ⅰ1 6.4 93.6 Ⅱ 20.2 79.8 Ⅲ 0.7 92.5 6.5 0.3 Ⅳ 65.5 25.9 8.6 特殊土 100 谢俊举法 Ⅰ0 Ⅰ1 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ0 45.5 54.5 Ⅰ1 1.6 52.4 46.0 Ⅱ 5.9 92.7 1.4 Ⅲ 1.75 54.4 42.1 1.75 Ⅳ 7.1 28.6 64.3 美国 日本场地类别 SCⅠ SCⅡ SCⅢ SCⅣ1 SCⅣ2 A 100 B 100 C 44.5 34.1 8.1 9.3 4 D 20.9 20.9 27.1 31.1 E 100
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表 9 不同场地分类方法的各类场地记录数量
Table 9 Number of records of various sites for different site classification methods
场地分类方案 场地类别 《建筑抗震设计规范》(GB5011—2010) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 3105 17676 1921 410 美国规范(NEHRP) B C D E 2592 11960 7982 568 Zhao等[10] SCⅠ SCⅡ SCⅢ SCⅣ 8588 4703 2580 7242 陈国兴法(a) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 1296 16557 4662 390 陈国兴法(b) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 2111 7469 10076 3354 谢俊举法 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 4069 15400 3076 568
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