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。     

地震持时和安全阈值对结构抗震可靠度的影响研究*

为深入掌握结构在地震作用下的可靠性,研究地震激励时间及安全界限对结构抗震可靠性的影响。基于Matlab,首先对结构在高斯过滤白噪声地震动模型(Kanai-Tajimi谱)激励下的随机响应进行了分析,然后分别采用泊松过程法、马尔科夫过程法、瑞利极值分布法对结构随机响应过程超越安全界限的概率进行了计算,三者结果基本接近,较可靠地反映出结构动力可靠度变化规律。结果表明,结构动力可靠度随激励时间的增长而下降,当安全界限大于某确定值时,动力可靠度与激励时间的关系接近于线性,当安全界限小于该值时,动力可靠度与激励时间呈二次非线性关系;结构动力可靠度随安全界限增大而增大,激励时间越长,动力可靠度与安全界限关系曲线越陡,激励时间越短,动力可靠度与安全界限关系曲线越平缓。     

1668年郯城8．5级地震震源参数及其讨论

利用野外考察资料系统地计算和确定了１６６８年郯城地震的震源参数，讨论其特点进而提出了计算地震断层动摩擦阻力和应力的公式，给出了衡量地震断层破裂彻底度的判别指标和主震后强余震的预测方法     

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。     

鄞县ML3．9和ML4．7地震的震源参数

１９９３年２月２６日和１９９４年９月７日在浙江宁波鄞县发生了ＭＬ３．９和ＭＬ４．７地震。本文使用华东地区部分台站的地震记录资料给出了这两次地震的震源机制和震源参数。其主要结果是：该区的主压应力方向约为北东６００；３．９级地震的破裂方向为ＳＳＷ，破裂速度为２．７ｋｍ／ｓ，破裂尺度为０．３９ｋｍ；４．７级地震的破裂方向为ＮＷＷ，破裂速度为２．３ｋｍ／ｓ，破裂尺度为０．４１ｋｍ。最后讨论了破裂长度异常在强余震预报中的意义。     

腾冲火山区地震的震源参数

火山区地震与非火山区或者说一般构造区地震的震源参数有何差异?本文使用2002-06-13～09-13腾冲火山区流动数字地震观测台网记录到的火山区地震资料,用波谱分析方法测算腾冲火山区地震的震源力学参数。对其中33个地震分析得出:腾冲火山区的地震震源浅,震级偏小;地震矩M0在8.32×1010～8.96×1012N·m之间;震级与地震矩之间的关系式为logM0=0.98ML+10.48,与姚安构造区得出的结果基本一致;震源位错半径在0.124～0.418km;地震应力降在(0.005～0.277)×105Pa,仅为姚安构造区地震应力降的1/5。这些结果表明腾冲火山区存在浅的岩浆体活动,在该区无大的应力积累。     

合成地震动空间相干性的震源机制影响

地震动的空间相干性是构建大跨度空间结构的多点地震动输入的关键环节。但由于大震近场地震动记录的匮乏,使得研究地震动空间相干性中的震源影响较为困难。本文基于地震动合成的运动学模型,合成由不同震源机制引起的地震动场,并借助Loh模型对合成地震动场的相干系数进行拟合,分析震源机制变化对地震动空间相干性的影响规律。研究表明：合成地震动场的相干系数,随两点间距离、频率的增加而降低,与基于密集台站记录的地震动空间相干性的普遍认识相符,表明用合成的地震动场研究空间相干性是可靠的。断层走向、倾角和滑动角中,断层走向与倾角对空间相干性影响较为显著且表现出一定规律性,滑动角对相干性的影响显著且有明显规律性。     

山东及邻近地区中小地震震源参数的测定

采用谱分析方法,利用山东数字地震台网的观测资料,计算了2004～2007年期间山东地区44次3级以上地震的波谱,估算了地震矩、拐角频率、应力降、震源破裂半径,讨论了各震源参数之间的相互关系以及拐角频率的时间分布特征。分析结果表明,地震矩与震级、地震矩与拐角频率、地震矩与震源破裂半径有明显的依赖关系。     

台湾集集地震近断层强震地面运动加速度时程的随机特性

将强震地面运动加速度时程看作随机过程,选取台湾集集地震的30组近断层加速度时程为样本,研究其相关特性。3方向集系上的自相关矩阵和互相关矩阵表明3方向的加速度时程均为非平稳随机过程,并且相关系数的分布是随机的,这种随机相关性是无法用确定性的数学模型来模拟的。为此,又研究了样本函数的相关特性,即随机过程样本函数的相关函数,结果发现在随机过程的相关函数中包含有明显的随机函数分量,即相关函数仍为一随机过程,我们称这样的随机过程为超随机过程,本文建立了超随机过程相关函数的数学模型。本文的研究表明近断层强地面运动为一复杂的随机过程,对其相关特性的研究应当包括相关系数(性)的大小和相关系数(性)的随机分布两个方面。     

基于弹塑性时程分析的结构地震倒塌时间研究

地震过程中建筑倒塌前的时间段,是人员逃生的重要阶段,研究结构地震倒塌时间规律对人员倒塌逃生避险有重要的意义。针对地震逃生方法研究的需要,基于RC框架结构的典型倒塌模式建立简化结构模型;将60条不同特性的人工地震波输入到8个结构模型得到弹塑性时程分析结果,再以结构损伤指数为1的条件求得结构地震倒塌时刻;利用假设的双重调节模型和回归分析方法,对地震波峰值加速度、特征周期和结构自振周期等因素与倒塌时间的关系进行了研究,结果表明,特征周期和结构自振周期在峰值加速度对倒塌时间的影响中存在双重调节效应;整理已有研究文献的倒塌试验结果与回归模型对比,验证弹塑性时程计算对倒塌时间估算的可行性。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

土动力参数变异性对深软场地地表地震动参数的影响

采用等效线性化技术考虑土的动力非线性特性,利用一维波传法及SHAKE91软件计算水平成层场地的地震反应,研究了土的动剪模量比和阻尼比与剪应变幅值的关系曲线、土层剪切波速的变异性对深软场地地表峰值加速度及其反应谱的影响。结果表明:土的动剪模量比均值加1倍标准差与阻尼比均值减1倍标准差、动剪模量比均值减1倍标准差与阻尼比均值加1倍标准差的组合对地表峰值加速度的影响最为显著,但对地表加速度反应谱形状的影响不大;土层剪切波速15%的变异性对地表加速度反应谱形状有较大影响;土层剪切波速的变异性对地表加速度和反应谱的影响比动剪模量比和阻尼比变异性的影响更为显著。     

核电厂扩建工程设计地震动参数校核研究

核电工程从预可行性研究到正式施工设计,往往有一个很长的周期。以秦山核电二期工程建设项目为例,地震动参数确定是在十多年前完成的,因此其设计地震动参数的校核工作应当在吸收这十多年来我国在活动构造识别、地震活动的不均匀性处理、地震区带划分、潜在震源区的识别和参数确定、地震动衰减等方面的最新研究成果的基础上进行。研究结果表明,新增的地震地质资料进一步补充了原工作报告对地震地质研究的结论,地震的活动特征则没有发生根本变化;工作区内破坏性地震的平均震源深度约为12 km,与全国平均震源深度(约为15 km)有差别。在对工作区地震地质、地震活动背景最新研究的基础上,考虑本地区有代表性的不同潜在震源区的划分方案,分别采用对应的地震动参数衰减关系进行地震危险性概率分析计算,校核后综合确定秦山核电二期扩建工程厂址的极限安全地震动SL-2为0.15 g,这与1990年的结论一致。本文提出的核电扩建工程地震动参数校核工作的技术路线,可供类似的重大工程地震动参数校核参考。     

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。     

可液化场地减震结构体系地震动特性影响效应研究∗

工程结构的地震响应规律与地震动特性紧密相关。为了研究地震动特性对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系地震响应和黏滞阻尼器减震效果的影响,选取24 条不同特性的地震动作为输入,针对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系数值模型进行非线性时程分析。结果表明：相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下,液化场地减震结构体系具有更大的地震响应;近场脉冲地震动作用下,速度型黏滞阻尼器的减震效果得到了充分发挥;相同振幅下,地震动峰值速度(PGV)与液化场地减震结构体系地震响应的相关性最为显著,可作为评价液化场地减震结构体系地震响应的主要指标。研究结果对液化场地黏滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

地震动强度包络线对称性的研究

从欧洲强震记录数据库中挑选出163组强震记录,并按照震级、场地类别和震源机制进行分类,在此基础上讨论了地震动正负向包络线是否具有对称性,并分析了场地类别和震源机制对其的影响。结果表明,地震动正负向包络线一般都不具有对称性,正向包络线要比负向包络线饱满一些,其光滑程度也是不同的,正向包络线比负向包络线更光滑一些。场地类别对地震动正负向包络线的影响程度是比较复杂的,震源机制对地震动包络线不同持时段内的影响也是不同的,但平均包络线基本上都可以用单峰点的曲线来表示。