参数对地震动随机模拟结果的影响分析*

随机有限断层法是模拟近场高频地震动常用的方法,且被国内外研究者证实是成功的且有效的模拟高频地震动的工具。由于随机有限断层模拟方法输入参数较多,造成对模拟结果的不确定因素也相应较多,因此在使用随机有限断层法时如何合理地确定输入参数则成为研究者需要考虑的首要问题,也是成功重建场点加速度纪录的关键环节。简要地介绍了地震动模拟的基本理论、流程和主要参数的意义,在国内外研究者的研究成果基础上以芦山 M_w6.6 地震为例重点分析了地震动持时对峰值加速度(PGA)、5% 阻尼比加速度反应谱(PSA)和加速度傅里叶谱(FAS)模拟结果的影响。主要得出以下结论：(1)在特定震级下,持时模型对峰值加速度影响较大,特别是断层距越小时,这种影响作用越明显;(2)通过四种持时模型得到的傅里叶谱和反应谱以及模型偏差分析可知,根据记录 90% 有效持时拟合其与震中距得到的持时模型表现较好。最后分析了脉冲百分比和断层上缘埋深等参数对模拟反应谱的影响,结果显示：(1)在相同震级下,反应谱幅值随脉冲百分比的变化差异不大;(2)在断层方位尺寸给定的前提下,反应谱幅值随上缘埋深的增加而减小。这些结论可以为随机有限断层模拟方法的工程实际应用时更合理地挑选参数提供理论依据,也可以相应的提高模拟精度。     

近断层山体地形三维地震动放大效应谱元法模拟∗

采用勒让德(Legendre)谱元法,结合动力学有限断层破裂理论,对一邻近隐伏发震断层的山体进行三维地震动模拟分析,获得山体表面加速度、速度、位移响应时程和加速度反应谱。结果表明：(1)加速度方面,60°倾角倾滑逆断层作用下,山体背向断层一侧的 PGA 明显大于迎向断层一侧;对 90°直立型断层情况,山体背向断层一侧的水平向 PGA 同样明显大于迎向断层一侧,但对于竖向 PGA 分布,该现象不明显;倾滑断层作用下最大 PGA 一般均出现于山顶附近,60°倾角逆断层情况下山顶 PGA 可达山脚平坦位置的 5 倍左右,而垂直断层情况下则放大 2~3 倍, 同时山体表面多处产生竖向峰值大于水平向峰值的现象;加速度反应谱显示场地山顶处卓越周期明显长于其他位置。(2)速度方面,山体表面各观察点位在时程上表现出单向和双向长周期大脉冲特性,反映出明显的方向性效应。     

基于数值统计的浅埋地下结构地震动强度指标与抗震性能水平划分研究∗

现阶段地下结构易损性分析还处于初步研究阶段,以单层双跨的日本大开车站为原型,建立了土与单层地下结构动力相互作用的有限元模型。首先根据地震动的频率,选取地震动;再采用增量动力时程分析方法（IDA）,给出了地下结构地震损伤状态的判定与定量划分方法,最后挑选出合适的地震强度指标（IM）。分析结果表明,基于 PGA（地表峰值加速度）/PGV（地表峰值速度）分类的地震动记录在 IDA 曲线上表现出显著的差异,地震动选取的合理性以及随机性是地下结构地震易损性曲线客观性的重要保证;峰值地面加速度（PGA）与场地土层顶底峰值相对位移（PSSRD）均可作为该类浅埋矩形地下结构地震易损性分析的有效且合适的地震动强度指标。基于场地的非线性地震反应特征,对于深埋地下结构的地震动强度指标还有待进一步研究。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性，利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性；以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下，T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响；T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性；(2) 基岩地震动高频丰富时，T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势；而基岩地震动低频较发育时，T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点；（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势，且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析

远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。结果表明:远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5~2s和3~6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1~4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。     

深厚沉积层对地震动持时影响的初步分析∗

基于 NGA‐West2 和 NIED 数据库,以地震动 70% 重要持时和 90% 重要持时为研究对象。利用获取的 9 361 组强震记录,采用随机效应回归和残差分析的方法,对典型持时预测模型进行改进,并探究了深厚沉积层对地震动重要持时的影响规律。结果表明：（1）场地沉积层厚度对地震动持时有显著影响,随着沉积层厚度的增大,地震动持时呈现出对数线性增长的趋势;（2）地震动持时的沉积层厚度效应与地震动强度具有相关性。重要持时随 Z_2.5的对数线性变化系数随地震动强度的增大而减小;（3）地震动持时分别随着震级和断层距的增大而增大,随着 V_S30的增大而减小;（4）在强震、远场以及软弱场地条件下,深厚沉积层对地震动持时的放大作用越显著。在高层结构的抗震设计时,考虑深厚沉积层场地对地震动持时的影响是有必要的。     

地震作用下地裂缝场地地表动力响应特性研究∗

为了准确描述地裂缝场地动力特征,利用 ABAQUS 有限元软件建立了地裂缝场地三维动力数值分析模型, 定量分析了地裂缝场峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、Housner 强度(HI)和 Arias 强度(I_a )在不同地震作用下的变化趋势,获得了地裂缝场地动力响应规律,并与振动台模型试验结果进行了对比,表现出较好的一致性。结果表明：上盘的动力响应放大系数及影响范围均比下盘大,在地裂缝附近达到最大并向两侧递减,呈“λ”分布;随着地震烈度增大,土体软化程度增强,动力响应放大系数和裂缝两侧放大系数的差值逐渐减小;场地下盘的地震动长周期分量较丰富,平均周期相对上盘表现出较大的特性;在同一地震烈度不同输入方向引起的上、下盘动力响应中, 垂直地裂缝方向作用的地震波对场地破坏较为严重。其研究结果可为地裂缝场地的工程应用提供重要参考。     

SV波垂直入射盆山耦合场地对地面运动的影响∗

基于多次透射边界和有限元数值模拟方法,研究了 SV 波垂直入射下,山体高度、盆地深度、以及山体与盆地剪切波速变化对盆山耦合场地位移峰值放大系数、位移频谱及谱比的影响。结果表明：(1)盆地与山体均对地震波有放大作用,从坡底到坡顶位移放大效用逐渐增大,从盆地外边缘到盆地中心位移放大效应逐渐增大,但盆地内放大系数分布特征受盆地深宽比的强烈影响。(2)山体测点位移峰值放大系数 AF 随山体高度增大而增大;山体的存在减弱了盆地的地表地震动放大效应,导致盆地远离山体一侧的放大更强烈,反之亦然。(3)随盆地波速的减小或山体波速的增大,盆地 AF 最大值增大,且最大 AF 出现的位置向远离山体一侧偏移,而山体各测点的 AF 值受此影响较小。(4)山顶处谱比峰值主要受山高、盆地深度及盆地波速影响,但最大放大频率及分布特征基本不变;山体波速对山顶处谱比分布影响显著。盆地中点处谱比受各参数影响均较显著,但规律较复杂。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。     

近断层脉冲型地震动耦合效应特征

指出了近断层脉冲型地震动耦合效应的存在。以典型走滑断层型地震动为数据基础,考虑场地条件的影响,对近断层方向性效应地震动分量(CFN)、滑冲效应地震动分量(CFP)以及相互垂直的两耦合地震动分量(C45°和C-45°)的峰值、反应谱分别做了定性的比较。结果表明,各地震动分量的加速度峰值之间差别不明显,但方向性效应地震动分量的速度和位移峰值明显大于其它分量相应的峰值;不同场地、不同周期段的绝对加速度、相对速度和相对位移反应谱谱比呈现不同的变化特点;岩石场地上方向性效应地震动分量长周期段的加速度反应谱最高,而土层场地上各分量加速度反应谱之间的差别不大;近断层结构抗震设计时,地震动分量和设计谱的选取应适当考虑地震动的方向效应。     

给定地震场景下的随机地震动降维模拟∗

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766 条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型（GPRM）,并采用K-fold 交叉验证法,验证GPRM 预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。