大量震害调查和观测数据表明，场地覆盖土层，特别是浅表覆盖土层，对地震反应具有十分显著的影响。浅表覆盖土层对地震反应的影响主要表现为土层放大效应。土层放大效应导致地震破坏的影响明显，而且差异性受土层条件明显制约。现有阶段，土层地震反应分析是分析近地表土层放大效应的主要手段，土层地震反应分析不仅可以提供工程场地抗震设防所需的地表峰值加速度、反应谱等参数，还可以给出土层地震反应沿深度的分布特征。 研究土层地震反应沿深度的分布特征可以得到浅表覆盖土层深度，即土层显著影响地震反应计算结果的有效深度。本论文围绕土层地震反应有效深度这一问题展开，主要研究工作和结论如下: (1)本文对水平场地土层刚度随深度呈指数变化这一常规情况，根据地震反应初边值问题，采用分离变量法并利用贝塞尔函数性质，求解了该类场地的基本周期，给出了地震时各点位移、加速度、应力和应变的解析解答。 (2）本文给出了前述水平非均匀土层基本周期与地表剪切波速、场地覆盖层厚度以及土层刚度非均匀系数的函数关系，并分析了场地基本周期解析解答的变化规律。 (3）本文构造了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三种类型场地的典型理论计算剖面，选取了三条不同采样频率的地震动作为输入，使用地震反应解析方法，完成了9组工况的位移、加速度、应力和应变随深度变化的数据计算。 (4)本文建立了基于日本KiK-net地震台网强震记录的地震反应数据库，通过地表峰值加速度PGA、地表标准反应谱特征周期Tg和平台值三个指标筛选出19个软件计算结果接近实测记录的工况，从地表反应谱，峰值加速度、最大剪应力、最大剪应变以及特征周期沿深度分布特征进行对比分析，选取随深度变化放大效应明显的峰值加速度、最大剪应力作为指标回答土层地震反应有效深度问题。 (5）本文构造Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三种场地类型的8个典型理想概化计算剖面，采用改进后的SOILQUAKE软件计算地震反应，研究了土层地震反应有效深度，对土层地震反应有效深度界定准则进行了分析，认为峰值加速度、最大剪应力可以作为界定有效深度的典型指标，并给出了土层地震反应有效深度为30m的结论。
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