汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析

汶川8.0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8.0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8.0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。     

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。     

汶川8.0级地震时徐州台地震动和形变同震响应分析

通过对汶川8.0级地震和6次强余震时徐州地震台的形变同震响应和地震位移量研究,计算了汶川地震主震发生时地震面波到达徐州的时间和位移量,统计了汶川8.0级地震及其强余震引起的同震阶变时间参数、幅度参数和阶跃形态。研究结果表明:①该台4套形变观测均有较高的同震响应能力,同震阶变的开始时间与主震面波到达徐州台的时间基本吻合,可以认为同震应变阶和同震波是由强震面波引起的,是一种叠加在体应变固体潮曲线上的高频变化,并呈现快速振荡衰减的形式。②同台同岩性的不同形变观测对同一个地震的响应是不同的,阶跃形状、响应大小、响应时间、变化幅度都有较大的差别,这种差别更多的是反映了仪器本身的性能、观测精度、频率响应的不同,并不是应力场变化和构造特征的差异。③汶川地震引起的徐州地区应力变化以压应力为主,大地震的动态应力触发作用对远场的应变变化具有重要影响。     

调整已有地震动拟和规范反应谱人造地震动方法比较

利用已有的地震记录调整得到拟和规范反应谱的人造地震动的方法越来越得到广泛的认可和应用。常用的方法包括比较粗略的比例调整法、比较精确的调整傅里叶幅值谱法、基于小波变换的调整方法和时域内叠加小波函数的方法等。本文详细介绍了各种谱拟和方法的原理以及实现过程中的难点;通过算例分析,对各种方法的优缺点进行了探讨。结果表明:当已有地震动反应谱与规范反应谱相差较大时,可先采用比例调整法粗调,然后再采用其他三种比较精确的方法继续进行调整;后三种方法都能快速地由实际地震动时程纪录得到拟和规范反应谱的人造地震动时程,并一定程度上保留原始时程的非平稳特征;相比之下,时域内叠加小波函数的方法精度最高,调整完后不用进行基线调整,是一种值得推荐的方法。     

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。     

汶川地震中远场深覆盖土层动力反应分析

对上海余山地震台在汶川地震中测得的基岩波地震记录进行频谱特性分析,然后以同济大学教学科研综合楼场地土层为研究对象,应用水平成层土层地震反应的一维有限元方法,分析该深覆盖场地在这一实测地震记录作用下的动力反应,并将其与同济大学强震监测台在汶川地震中获得的地表波记录进行对比.结果表明:汶川地震的远场地震动记录中,基岩波的长...     

地震动强度对黄土地震滑坡后壁形态的影响

震害表明,不同强度地震动诱发的黄土地震滑坡形态有较大差别。利用野外调查数据统计了1920年海原特大地震诱发滑坡后壁倾角的平均值,运用颗粒流软件PFC^2D计算得到了不同地震动强度下滑坡后壁的形态特征,最后根据野外调查实例进行了验证。结果表明：(1)地震动强度是造成滑坡后壁形态差异的重要影响因素。在其他条件一定的前提下,地震动越大,滑坡后壁倾角越小,滑坡后壁位置越靠近原始斜坡的高位;(2)滑坡后壁具有坡度大、海拔高、人为改造难度大、自身含水量较低、原状黄土结构性较好等特征,稳定性较强,在野外调查中可以利用滑坡后壁倾角和滑坡后壁的形态特征快速区分诱发滑坡的历史地震。     

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。     

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。     

地下隧道对地震动加速度峰值及反应谱的影响

基于剑桥大学工程系所完成的含隧道密实砂场地动力离心模型试验基础数据,利用模型内部设置微型加速度传感器,由弱至强逐级加载四组伪谐波作为基底输入,模拟并获取了在80 g重力场环境下隧道列及自由场列在不同深度处的动力反应和加速度记录,通过对比隧道列及自由场列相关地震动参数的差异,表明由于隧道的存在,峰值加速度放大系数从基底到地表都呈现出先衰减后放大的趋势,自由场列地表处的峰值加速度放大系数处于1.042～1.072之间,而隧道列地表处放大系数处于1.009～1.024之间;加速度反应谱峰值方面,地震波输入越强烈,其峰值相对应周期朝着短周期方向移动;对比两列地震动加速度反应谱峰值随深度变化曲线,发现自由场列从基底到地表呈现逐渐增大的趋势,而隧道列呈现先减小后增大的趋势。     

基于汶川8.0级强震记录的近场地震动特征分析

在汶川8.0级大地震中,国家数字强震动台网布设在龙门山断裂带及其周围地区的50多个台站获得了大于100 Gal的加速度记录。选取其中断层附近11个台站的加速度记录,分别进行了地震反应谱分析和基于正交化HHT法的能量分布特征分析,通过对竖向与水平向加速度峰值比、竖向与水平向加速度反应谱比值,以及能量分布和峰值系数的分析与比较,探讨了汶川地震的近场地震动特征。     

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。     

汶川地震在江苏的强震动记录及地震影响场

2008年5月12日四川汶川发生M8.0大地震,江苏数字强震动台网固定观测台站、宿迁和溧阳断层观测存放台阵共获取该次地震有效强震动事件45个,计134条加速度记录。本文介绍了这些强震动记录分析处理的基本情况及其时域与频域的一些特点;编写SICalculate谱烈度计算程序和D2InterP二维插值程序,输入所获取的汶川地震26组实测强震动记录数据,得到该次地震在江苏地区的峰值加速度与谱烈度的等值线图,并就区域内地震影响场特征进行了初步研究。     

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。     

震后灾害链生机制及其对汶川地震城镇重建的影响

汶川8级大地震对地表产生强烈扰动,导致次生山地灾害极度发育,影响到震后灾害的活动特征及其相应的减灾对策。震后松散固体物质急剧增加、流域微地貌变化明显(沟道堵塞严重)、水文变化利于侵蚀和洪峰,使得灾害群发链生:崩塌、滑坡→泥石流→堰塞湖→溃决洪水(泥石流),8月中旬灾区各地因强降雨而大规模爆发泥石流堵塞河道,洪水冲毁掩埋重建城镇,给地震重灾区造成巨大损失。从以汶川县映秀镇为例,在阐述灾害链研究成果的基础上,分析震后灾害链的形成条件、成灾过程以及对城镇重建居民点的危害特点,进而提出灾害防治措施,为灾后城镇建设防灾减灾提供参考建议。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

瑞昌地震后鄱阳湖口地区的设计地震动参数校核研究

2005年11月26日在江西九江、瑞昌间发生了5.7级地震,震中烈度达7度强。瑞昌地震后,开展了对鄱阳湖口地区重大工程设计地震动参数的校核研究,分析了瑞昌地震后区域地震背景变化和地震震后活动趋势,对发震构造进行了综合判定,划分出了瑞昌潜在震源区,并针对该地区某大型桥梁进行了地震危险性分析和设计地震动工程参数的校核计算。结果表明,瑞昌地震是近场区外的中强地震,对鄱阳湖口地区设计地震动工程参数影响很小。本文的工作为破坏性地震震后重大工程设计地震动参数的校核工作提供了范例。     

远场类谐和地震波加速度反应谱的双峰特征分析

远场类谐和地震波作为一种特殊的长周期地震波,其加速度反应谱具有显著区别于其他类型地震波的双峰特征,本研究对其产生原因进行分析。首先,分析了集集地震和汶川地震中部分典型的远场类谐和地震动的运动特征;然后,基于希尔伯特?黄变换时频域分析方法及等效简化法,分析了远场类谐和地震波时域特征对其加速度反应谱双峰特征的影响规律。结果表明,所选远场类谐和地震波加速度反应谱长周期段的峰值与高频段的峰值比 (峰值比系数 α)较大,对该地区内基本自振周期为 5~7 s 的高层结构影响显著;当远场类谐和地震波存在脉冲周期和脉冲幅值较大的类谐和脉冲时,其加速度反应谱表现出明显的双峰特征。