强震地面运动的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察强震地面运动加速度时程的非线性特征。首先采用功率谱分析法、主成份分析法和Cao方法定性判断地震动加速度时程具有混沌特性,然后应用混沌时间序列分析方法定量计算了30条地震动加速度时程的三个非线性特征参数。计算表明,这些地震动时程的关联维数为2.0~4.0的分数维,Kolm ogorov熵K2为大于零的有限正值,最大Lyapunov指数在0~1.0之间。结果说明,强震地面运动具有混沌特性,地震动的高度不规则和复杂性是地震过程强非线性的反映。     

估计震源破裂模型的经验格林函数法

用经验格林函数法模拟断层破裂过程,合成近场地面运动,并通过合成结果和真实记录的时程曲线、反应谱、傅氏谱的对比,估计断层破裂模型。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

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。     

基于蚁群算法改进的扩散函数类内集-外集模型及其灾害评估实验

针对自然灾害的复杂性、不确定性以及灾害评估信息的不完备等问题,基于内集-外集模型引入了小样本信息扩散原理以获取灾害事件与其发生概率之间的模糊关系。鉴于常规的扩散函数类的内集-外集模型中论域步长的选取是基于正态分布的,不仅要求样本容量较大,且有一定的主观性和应用局限性,为此引入蚁群聚类思想来划分样本,以寻求最优区间数;引入经验窗宽来简化扩散函数参数的选取;通过与原模型进行计算机仿真实验对比以及对广东省台风暴潮案例的风险评估,检验了所提出的改进内集-外集模型的可行性、实用性与有效性。为实际的自然灾害小样本事件风险评估建模拓展了新的思路和方法途径。     

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟∗

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了 2021 年 2 月 13 日日本 M_W7.1 海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明：与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了 6.24 倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近 5 倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。     

爆破地震波模拟研究

从工程实际出发,基于非平稳随机过程模型,首先确定要模拟的爆破震动信号的功率谱并将其作为目标谱,在所需研究的爆破震动频率范围内产生一定数量的随机数来作为模拟爆破震动波的频率,在假设爆破震动信号是由不同频率的谐波函数合成的基础上,利用谐波函数叠加的方法合成需要模拟的爆破震动。根据提出的数学模型,编制了相应的计算程序,实现了爆破地震波的人工模拟。提出了模拟两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的地震动时程的非平稳随机过程实用模型,模拟了两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的爆破地震波时程特性。结果表明,模拟得到的爆破地震波时程能够很好地再现爆破地震波的特性。     

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NORTA相关随机数的岩质边坡可靠性仿真评估

随机因素的合理表征是边坡可靠性评估的关键。NORTA方法是一种利用多维正态随机向量变换实现具有任意分布类型和可行相关矩阵的多维随机数生成的快速算法。以秀茂坪岩质边坡稳定可靠性为例,采用NORTA方法生成具有指定概率信息(边缘分布和相关系数)的相关随机数,利用MC仿真估计典型工况下的岩坡失稳概率,并在这一过程中探讨NORTA-MCS方法的限制、仿真结果的随机性以及通过控制变异系数估算仿真样本个数的途径。结果表明:相比自然状态下的秀茂坪岩坡,忽略相关性的岩坡失稳概率增加显著;而且随着粘聚力和内摩擦角间以及张力裂缝深度和充水程度间相关系数代数值的增大,秀茂坪岩坡的失稳概率也逐渐增大。     

泥石流危险度的改进集对分析模型

泥石流危险度的正确评估是泥石流灾害治理和工程措施的基础,但泥石流危险度评价是一个极其复杂的不确定性问题.基于集对分析理论,探讨了泥石流危险度的集对分析改进新方法,即基于样本评价指标实测值与讨论泥石流标准危险度类别间的接近程度,判别集对同异反,进而应用模糊联系度的概念挖掘样本与讨论类别相邻类别的集对同异反有效信息,以综合定量分析样本的危险度,从而提高评价结果的町靠性和准确性.实例应用及与其他方法对比结果表明,基于改进的集对分析方法来评价泥石流危险度是有效可行的,町以取得理想的结果,且操作简单.     

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。     

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。     

平稳地震地面运动改进金井清谱的相关函数模型

胡聿贤平稳地震地面运动谱模型是对Kanai-Tajimi模型的一种改进。通过数学推导证明胡聿贤谱是将基岩地震动模拟为过滤白谱过程,经具有某种特性的线性单自由度土层滤波后而形成的,从而在物理上解释了胡聿贤模型的合理性;研究了低频截止频率的作用,推导出胡聿贤模型的相关函数的表达式。本文所得结果可为结构随机地震反应时域分析提供基础。     

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。     

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。     

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。     

近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析

选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,系统考察了近断层地震动破裂方向性、上盘效应、脉冲效应等运动特征对双线性单自由度体系、长周期隔震建筑和斜拉桥结构地震响应的影响。计算结果表明,脉冲型地震动对结构的效应随双线性单自由度体系的初始自振周期增大而变大,在长周期段结构的脉冲效应最显著;地震动破裂方向性和上盘效应对单自由度体系位移需求的影响与体系周期有关。对于隔震建筑和大跨度斜拉桥等长周期结构,近断层地震动破裂方向性对结构的效应较显著;上盘效应对长周期结构的影响明显;地震动的速度脉冲运动特征总的来说放大了结构响应。