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研究背景：

原位剪切應變剖面不僅可用于評價土體動力特性隨深度的變化，還可用于評價地震波在土體中傳播時埋地生命線和地下工程結構的安全性。但是，迄今為止，還沒有用于測量土體剪切應變的儀器；而且，土體中剪切應變隨深度、剪切波速、地震動強度（PGA、PGV）如何變化鮮見參考文獻。如何評價近地表土體的原位剪切應變剖面并得到其高精度模型是巖土地震工程中亟待解決的關鍵科學問題之一。

研究方法及結果：

本研究利用美國6個巖土臺陣在43次地震中記錄的199組地震動數據建立的剪切應變剖面，研究了在不同地震荷載作用下，這些巖土臺陣中剪切應變剖面的特征；基于回歸分析得到了用于高精度評估II、III類（或D、E類）場地原位剪切應變剖面的模型；研究了剪切應變剖面中土體動力特性分別隨著剪切應變、PGA和/或PGV增加的變化規律。結果表明：

1、隨著PGA、PGV的增加，原位剪切應變剖面向剪切應變較大的方向移動，土體的性態向更高階段或同一階段的更高水平移動。

2、隨著深度的增加，土體的原位剪切應變逐漸減小，土體的性態向較低階段或同一階段的較低水平移動。

3、剪切應變剖面中，接近于地表的、上部土體的剪切應變最大；土層越淺，剪切應變越大。最大剪切應變與PGA、PGV高度相關，且隨PGA、PGV的增加而增大。

4 、對于II、III類（或D、E類）場地，與兩個相鄰強震儀之間峰值質點速度和鉆孔法實測的剪切波速或/和中心深度組合相關的2個原位剪切應變剖面模型能夠高精度地預測任一巖土臺陣的原位剪切應變剖面。

該成果發表在國際期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（Hai-Yun Wang*, Wei-Ping Jiang. In-situ shear-strain profile assessment in geotechnical array with ground motion data. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2023, 165 (2023) 107667. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2022.107667（IF：4.25，*通訊作者）

圖1. 本研究建立的6個巖土臺陣分別在EW和NS的剪切應變剖面。

圖2. 近地表上部土體的最大原位剪切應變（γ_max）分別與PGA、PGV的關系。（a）γ_max與PGA的關系；（b）γ_max與PGV的關系。

圖3.剪切應變剖面模型的驗證結果。左欄為Eureka臺陣（巖土剖面中均為土）數據的驗證結果，右欄為Corona臺陣（巖土剖面中22米之上為土，之下為基巖）數據的驗證結果。