0 引言

地震是一种突发式的自然灾害，由于地震发生时产生的巨大能量使得建筑物或者工程设施发生的破坏和倒塌，以及伴随的次生灾害，会给人类造成巨大的损失，甚至是毁灭性质的破坏[1]。根据统计，在世界范围内，每年发生的震级大于八级且震中烈度大于11度的毁灭性地震平均有两次；每年发生的震级大于七级且震中烈度大于9度的地震平均有接近20次；每年发生的震级大于2.5级的有感地震在15万次以上[2]。就地理位置而言，我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带的交接处，受到各板块(太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块)的挤压，使我国的地震活动具有发生频度高、地震强度大、震源浅和分布广的特点。有史以来共发生6级以上地震近8 000次，是世界上破坏性地震发生最频繁、震害损失最大最严重的国家之一。在地震发生过程中，地震波携带能量向外传播，引起地面振动，进而引起地表建筑物与构筑物的振动；当建筑物或构筑物不足以抵抗外界荷载时，建筑物或构筑物即发生破坏，严重时发生倒塌。近年来，地震发生的频率和强度似乎有增大的趋势，地球似乎进入了地震活跃期。研究结构的抗震性能，将结构建造成地震中的避难所，是地震工作者和土木工程师面临的重要任务。

强地震动研究是工程科学和地球科学交叉的基础研究领域中一个关键性的科学问题，是保障人类社会稳定和发展、减少地震灾害的迫切需求。在结构工程抗震分析时，场地条件对地震动的影响很大，有时会显著改变地震动的特性(如地震动的加速度幅值、地震动的持续时间和地震动的频谱成分等)。在场地土层较软、土体深度较大时，这种影响往往也较大。许多学者对特殊场地条件做了详细的探讨，如文献[3]中，作者对意大利中南部地区具有特殊土层分布的古迹场地进行了详细研究，建立了理想分析模型，分析了在该类型场地上的地震反应特点。

本文结合作者多年的工作经验，对国内外的场地地震反应分析方法做了比较全面和系统的归纳，对地震工作者和土木工程师提供参考依据。不同的场地条件对结构震害的影响方式和影响程度有显著差别。好的场地条件可以有效过滤在一定频段上的地震波，起到类似于“海绵”的隔震效应，从而使上部结构受到的实际地震作用大幅减小，保护建筑物，减小了结构损坏概率。不好的场地条件在地震波的传输过程中起到了放大的作用，使上部结构受到的实际地震作用反而增大，即结构受到的动力荷载增大，结构在地震中的损坏概率增大。

1 土体非线性材料模型

土体非线性材料模型的选取是场地地震反应分析的第一步。早期的一些地震工作者在实际研究中发现，在强震范围内，运用土体线性模型来分析得到的场地地震反应结果，与实际在震害中测得的场地地震反应结果的偏差比较大，运用土体线性模型来分析得到的场地地震反应结果不能很好地反映地震动对土层的影响。因此，许多学者先后对土体的非线性本构关系进行试验、理论等层面上的研究探索，讨论了很多适用于不同土体条件的非线性材料本构模型。在土体非线性本构模型的探讨中有一些重要准则，主要有屈服准则、强化准则和流动准则等。在使用过程中，若有条件，需取场地的实际土样进行测试，拟合得到土体的非线性本构模型。或者借鉴类似场地上土体的本构模型参数。

Konder和Hardin-Drnevich等分别于1963年和1972年均给出了土体的双曲线模型，用来描绘土体在动力荷载作用下的应力—应变关系的骨架曲线。另外，Ramberg-Osgood在1943年也研究了土体在动力荷载作用下的本构模型，给出了如下表达式：

其中式(1)可以简化为：

进而，得到如下表达式：

式中：G0——初始剪切模量； γr——参考应变； γ0,A,B——土性试验参数。

2 场地地震反应分析方法

土层地震反应的分析方法归纳起来主要有两类，即确定性分析方法和不确定性分析方法。其中，在确定性的分析方法中用时间的确定性函数来描述地震动，进而得到场地的地震反应。与此不同的是，不确定性的场地地震分析方法认为地震动在概率统计层次的随机过程，因此，在求解土层地震反应时，获得的是反应的最大值等参数，而是利用随机振动等相关理论，通过进行土层的随机地震分析而得到的概率参数，进而得到结构在概率意义上的反应值。场地的不确定性的分析方法较为复杂，涉及许多不确定性，如震源的不确定性、初始条件的不确定性和结构(如材料等)；场地的确定性分析方法可以大体分为两类：场地地震响应的估计方法(间接方法)和场地地震响应的理论方法(直接方法)。