近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。     

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。     

地震预警中P波位移峰值曲线特性研究

地震预警技术(EEW)是目前防震减灾相对有效的方法之一,研究震源破裂初始段波形信息可为EEW系统的震级实时估算提供理论支持。本文结合P波初动波形特征,分别计算日本和中国地震的强震动记录的位移峰值曲线,对比各震级的位移峰值均值曲线的特征,然后利用分段函数模型进行拟合,量化初动上升斜率B1和上升时间T1等特征参数,并统计此类参数与震级相关性。结果表明:当不考虑幅值差异时,随震级的增大,P波初动波形由简单变复杂,均值曲线初始上升段斜率逐级降低,初始上升时间变长,B1等特征参数与震级具有很好的相关性。此外在不同地质构造环境中地震的强震动记录此特征基本一致。因此P波初始段的特征参数可用于估算震级大小,同时证实震源初始破裂过程的信息可反映最终地震的强弱。     

基于《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。     

海底地震动特性及相关谱研究

利用日本K-NET与美国SEMS台网中海底强震记录研究了海底地震动特性。通过分析水平反应谱、竖向与水平加速度反应谱的比谱和弹塑性反应谱,比较了海底与陆地地震动的区别。发现海底竖向地震动的峰值加速度明显更低。在大于0.2s的周期段,海底水平地震动反应谱大于陆地谱值,而且海底谱具有更长的特征周期,并随震中距增长而增大。此外,海底地震动的竖向与水平加速度反应比谱与陆地地震动的差异很大,在小于1s的中短周期段海底地震动的比谱明显更小。根据不同的震级与震中距的真实地震动记录,提出了中等地震下不同震中距海底地震动比谱的简化设计方程。最后,比较了海底与陆地地震动的弹塑性反应谱,可知总体上海底与陆地的等延性强度折减系数谱差异不大。     

本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

川滇甘陕地区反应谱平台值的统计分析

本文利用近十年我国川滇甘陕地区有场地资料的2 388条水平向强震记录,采用差分进化算法对水平向加速度反应谱进行拟合,计算得到了每一条加速度反应谱的平台值。将强震记录按照场地类别、震级和震中距进行分类,统计分析了不同情况下的加速度反应谱平台值。结果表明,川滇甘陕地区的水平向加速度反应谱平台值随着场地类别的提高而增大,随着震级的增大而增大,随着震中距的增大而减小,在相同场地类别下反应谱平台值随着设计基本地震加速度的增大而增大。最后在统计的基础上,本文还给出了川滇甘陕地区的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的加速度反应谱平台值的均值以及场地影响系数,并与第五代地震区划图的场地影响系数进行了对比。     

多断层破裂下单双峰地震动参数对比分析

大地震多断层破裂方式将导致地震动时程形状的改变和更为严重的震害。为揭示多断层破裂方式对地震动特性的影响,以5·12汶川地震记录为基础,推求了单、双峰地震动的峰值、持时及频谱的衰减关系式,对比分析了单、双峰地震动参数的差异性。研究结果表明:伴随多断层破裂产生的双峰地震动的峰值、持时及频谱均大于单峰地震动的相应值;单、双峰地震动参数随断层距增加的变化趋势相同,变化快慢程度不一致,表现为双峰地震动的峰值加速度和能量持时随断层距变化的变化速度要快于单峰地震,双峰地震动的峰值速度、绝对持时及加速度反应谱值随断层距变化的变化速度则要小于单峰地震。     

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。     

埋设管网系统地震危险性分析方法

埋设管网系统有如下三个特点,即:埋于地基中、在平面内延伸分布范围广、具有生命线工程的重要性,故其抗震设计与地震危险性分析方法也与一般房屋建筑不同。为此,本文提出了一种同时考虑给定地震下地震动场的空间相关性、局部场地条件及地震发生非确定性影响的地震危险性分析方法。本文建议的方法中给定地震下地震动场的确定包括四方面的工作:①确定地震动场的参数,用场内各点之间的相对运动(如相对变形)而不是单点的运动(如加速度);②在频域内确定场内单个点的地震动,以幅值谱与相位谱表示;③用若干个离散点的地震动来描述地震动场;④考虑局部场地的影响。地震动空间相关性与地震发生非确定性同时考虑之间的矛盾问题在本文方法中也得到了处理,采用这一方法的优点是在地震动场中同时考虑了震级、距离及场地的影响,本文提出的方法也可以用于在平面上分布范围较广的其它生命线网络工程。     

美国地震风险评估中灾害模型的探讨

介绍了以美国地震灾害模型为例的地震风险评估在金融保险业和土木工程两大领域的应用,回顾了地震灾害风险评估发展的历史背景,其中,金融保险业的模型更测重于对历史理赔数据的分析,土木工程业的模型则注重于对工程结构的分析。着重探讨了评估模型中地震灾害部分的建立,其中包括致灾因子模块及孕灾环境模块。针对建模中致灾因子、孕灾环境等的关键要素,如地震源及震级、地震衰减方式、场地土壤土质条件、地震复发率等,作了分析及归纳总结,并系统地介绍了所涉及要素的数据信息获取过程及对应的建模方法,进一步探讨了相应的风险量化的步骤和方法。     

中强地震区地震烈度统计拟合因素评估

目前地震危险性综合概率分析方法中的地震动参数衰减规律一般是由研究区地震烈度和参考区地震动参数经过映射方法得出的,而烈度统计结果依赖于不同模型和不同回归方法,因此,合理评估烈度影响因素有很大现实应用价值,它直接影响地震危险性分析结果。以我国中南地区地震烈度资料,用不同回归拟合方法研究该地区地震烈度随震中距和面波震级变化的等效圆、椭圆和综合椭圆模型分布关系,考虑震级和距离因素的相关性,比较分析已有结果,评估中强地震区烈度模型和回归方法对烈度的拟合影响,结果可供该地区地震小区划和设定地震动参数参考。     

估计近场地震动的统计—经验格林函数法

本文提出统计-经验格林函数法,用以估计缺乏小震记录场点在大震时的地震动时程。统计-经验格林函数的富里哀幅值谱从其它类似场地获得的小震记录的富里哀谱的衰减关系中得到,其相位谱则直接取自小震记录的相位谱。本文分别用经验格林函数法和统计-经验格林函数法,用迁安台记录到的1976年唐山地震的三次余震(M_L 5.8、M_L 5.7和M_L 5.4)的加速度记录,合成唐山地震的最大余震滦县地震(M_s 7.1)时迁安台的加速度时程曲线,合成结果说明了所提方法的可行性。     

强震数据线性模型曲线的反应谱计算及其误差问题

文献研究给出了用线性模型曲线理论来计算地震加速度数据的反应谱理论.文献又给出了它的简便算法,但这算法忽视了强震丢头记录中初始点数据一般为非零值的影响.本文为此研究给出了更为普通和实用的包括初始数据点为任意值时的间便算法. 给出算例.将这线性模型理论的反应谱计算结果与作者新近研究的时限光滑化模型曲线精确理论计算结果作了对照,反映出用线性模型理论计算存在误差的状况.     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

地震分布多重分形特征的中期预报意义探讨

讨论了地球岩石圈的自组织临界状态和地震发生的非局域性与多重标度分形统计特征。研究了地震多重分形性质的计算方法及其应用于地震预报的前景。采用推广ＧＰ算法从典型震区的地震数据计算地震多重分形分布的广义维数谱和奇异性谱以确立较敏感的强震前兆,对于不同算法进行了精度、数据量要求及适用范围的比较。研究结果表明：地震分布的多重分形维数谱和奇异性谱对于一些典型震区的强震发生具有中期预报价值。     

PEER地震动数据库中含速度脉冲近场地震记录

以断层距0~20km为范围,利用美国太平洋地震研究中心PEER数据库收集整理含速度脉冲近场地震记录。研究了速度脉冲峰值和PGV/PGA比值分别与场地类别、矩震级以及断层距的关系。依据现有的PEER数据库,共整理出126条含速度脉冲近场地震记录,并按水平速度脉冲峰值由大到小顺序给出了该126条地震记录的列表。水平速度峰值主要分布于30~150cm/s,集集地震记录最多,C类和D类场地的地震记录数量较多。峰值大于100cm/s的速度脉冲地震记录主要出现在C类和D类场地,它们均出现在矩震级6.5级以上的地震记录中,均分布于断层距0~10km的范围内。PGV/PGA比值大于0.2的地震记录主要分布于C类和D类场地,除编号RSN316的地震记录外均出现于矩震级6.5级以上的地震记录中,主要分布于断层距0~10km的范围内。     

美国地震风险评估中建筑物易损性与损失组合的探讨

探讨了以美国地震灾害风险评估模型为例的建筑物易损性模型的建立方法及地震随机事件损失组合的方法.由于应用对象的不同,如用于工程项目风险的评估或是对保险资产风险的评估,其易损性模型建立的方式具有较大的差异.在工程应用中,注重对建筑结构的分析,往往使用非线性解析方法如能力频谱法等以得到结构的易损性或脆弱曲线；而保险行业常用历史数据并运用统计方法等获取所需的易损性曲线.由于工程应用的易损性曲线有更好的精准性,越来越多保险用模型采用此方法.此外,工程应用常对单一地震事件进行评估,而保险行业的模型往往涉及对大量随机事件的评估.对不同的建筑物易损性建模方法、规范标准及适用范围进行了探讨,并对随机事件损失组合方法中如何计算损失的单次超越概率(OEP)和累计超越概率(AEP)进行了介绍.