熊本MW7.0地震近场地表与井下地震动对比研究

选取日本熊本M_W7.0地震断层距小于200 km的82个近场KiK-net台站记录到的三分量记录数据进行基线校正后,获得近场地面运动水平向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及周期为0.2,1,2,3,5和10 s的加速度反应谱数据,并与美国NGA-West2的地震动预测模型相比较,研究熊本地震地表和井下地震动峰值及反应谱的衰减特征,通过比较KiK-net台站地表与井下记录结果,探讨浅层场地放大效应的影响。研究结果表明:① 对于井下观测结果,NGA-West2的地震动模型对PGA和短周期0.2 s的反应谱的预测值与井下观测值相比整体偏高,而PGV和较长周期地震动（如1,2和3 s的反应谱）的预测值与井下观测值较为吻合;② 地表观测记录的PGA,PGV和周期为0.2—3 s的反应谱残差整体上随v_S30对数值的增大呈线性减小的趋势,而周期为5 s和10 s的长周期部分,其场地效应的影响很小;③ 相对于井下记录,地表记录的地震动PGA,PGV和周期为0.2,1和2 s的反应谱有明显的放大,这种放大作用随浅层场地剪切波速的增大而减小;周期为3,5和10 s时长周期地震动的放大效应很小。      

硬场地实测记录下几种土层地震反应分析程序可靠性对比

以日本KiK-net强震观测台网中硬场地井下记录为样本,对传统等效线性化方法LSSRLI-1（频域）、SHAKE2000,时域非线性方法DEEPSOIL和频域一致等效线性化方法SOILQUAKE等几种计算程序在硬土场地地震反应分析中的可靠性进行对比检验。检验工况包括KiK-net井下台网中地表峰值加速度不小于0.05g的水平硬场地的总计344台次的加速度记录,涉及5个台站,土层厚度6~50m,地表峰值加速度范围0.050~0.805g。结果表明:认为硬土场地以往计算方法能够体现土层放大的认识是片面的,在中强地震动情况下,现有流行方法计算出的地表响应会偏小,强地震动下会严重偏小,会给工程抗震设计提供偏于危险的输入;硬场地中烈度8度以下（地表PGA在0.19g以下）,SHAKE2000和DEEPSOIL、LSSRLI-1（频域）计算结果与实际记录差距可以接受,但烈度8度以上,计算出地表响应均较实际记录明显偏小,且随地震动强度增加差距急剧增大;硬场地中,无论何种烈度,SOILQUAKE16计算的地表加速度响应与实测相当,可体现出土层放大作用。     

地表/井下反应谱比值非线性统计特征与影响因素研究

浅地表软弱覆盖层对地震动的影响具有强非线性,但因观测记录样本量过小,难以通过参考谱比法等直接方法予以可靠分析。本文基于日本KiK-net台网136个竖向钻井台阵获取的141881组加速度记录的统计分析,研究了地表/井下反应谱比值随地震动强度变化的非线性变化规律与主要影响因素。利用变窗口尺度的滑动窗口平均法加强数据线性度,并确定了与地震动强度相关的台站最小记录样本量,统计结果表明地表/井下反应谱比值平台值随地震动强度变化的非线性衰减指数为-0.24～-0.08。利用套索（Lasso）算法统计回归发现,本研究12个场地特性表征参数中,30 m平均剪切波速（$ {V}_{\mathrm{s}30} $）、场地卓越频率与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的正相关性;较弱强度地震动作用下地表/井下傅里叶谱比值峰值、地表/井下反应谱比值峰值与地表/井下反应谱比值非线性衰减指数具有较好的负相关性。     

基于移动窗解卷积法的2011年日本东北 MW9.0大地震场地非线性时变识别

利用模拟记录和2011年日本东北M_W9.0大地震观测记录分析了基于移动窗解卷积法识别场地非线性时变特征的可行性,并与移动窗谱比法的结果进行了对比分析。研究表明:基于移动窗解卷积法可以较好地揭示场地非线性随地震动水平的变化过程,识别非线性发生的阈值、非线性变化程度及强震动后的恢复程度;与移动窗谱比法相比,移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但对于存在强阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法可以获得更准确的非线性程度。对2011年日本东北M_W9.0大地震中8个KiK-net台站进行了非线性时变分析,结果表明;两种方法识别的非线性阈值较接近,约在40—100 cm/s2之间,且与场地v_S30没有明显的相关性;在峰值加速度PGA较低的IBRH20台站,非线性引起的波速下降较小（3%）且震后几乎完全恢复;PGA 处于386—822 cm/s2之间的其余7个台站,场地等效剪切波速下降13%—37%,产生了显著的场地非线性,且震后未完全恢复;PGA大于380 cm/s2时,非线性所导致的场地波速下降、恢复与PGA无明显相关性。      

深厚软土场地基岩地震动反演——以天津波为例

根据天津波地表加速度记录和相应实测场地钻孔资料,采用等效线性化方法模拟土体非线性,进行了深厚软土场地基岩地震动反演,研究了频率截断对深厚软土场地基岩地震动反演的影响,为天津波地表加速度记录提供了相应的基岩地震动输入。研究表明:不同截断频率情况下,反演得到的基岩地震动峰值和反应谱曲线形状均相差悬殊,但反演后再正演所得到的地面运动与原地表记录相比,加速度时程曲线形状和峰值大小、反应谱曲线形状和峰值大小均非常接近;可根据工程需要对地表加速度记录进行不同频率的截断,反演得到所需强度的基岩地震动。     

基于KiK-net记录的PGA与Sa场地影响因子分布研究

场地条件对地震动有着重要的影响,它一般通过地表峰值加速度PGA或者谱加速度Sa在不同场地条件下的放大系数表示。以往的相关研究中缺少大量的实测地震动数据分析;没有明确给出PGA和Sa在不同场景下的适用性;较少赋予其放大系数分布概率含义。选取KiK-net台网1997—2019年记录的210多万条地震动信息,通过PGA与Sa放大系数的分布分析了其在不同场景下的适用性,然后基于控制变量法和回归方法对每个台站的PGA放大系数进行拟合分析,最后对不同场地类别的PGA放大系数进行了概率分布函数拟合。研究结果表明：场地条件不变情况下,地震动放大系数的分布有很好的规律性;Sa较PGA放大系数分布离散程度更小,且随着Sa周期增加,其离散程度呈现逐渐减小趋势,在建筑物周期确定的情况下,Sa具有更高的适用性;Ⅰ、Ⅱ类场地且周期大于1.0 s的Sa放大系数具有较高的稳定性;相同场地条件下,PGA放大系数呈非线性分布,随着基岩PGA(PGA_R)的增加逐渐减少;PGA放大系数趋于指数正态分布。研究结果可用于未来更加准确地估计损失与描述场地条件对地震动的影响。     

2019年6月18日日本山形县Mw6.7级地震场地非线性反应特征研究

强震作用下的土层非线性是研究场地效应的重要因素之一.选取2019年6月18日日本山形Mw6.7级地震中8个台站的主震及20次余震的强震动记录,采用主余震速度反应谱水平/垂直(HVSR)谱比,并结合非线性识别指标DNL、ADNL和PNL对主震中可能发生非线性反应特征的台站进行研究.结果表明:土体在强震动作用下场地卓越频率有向低频移动的趋势,体现了土层非线性反应的特征;非线性指标DNL和ADNL与地震动峰值加速度之间存在显著的相关性,但PNL对应关系不明显.     

软土隧道基于地震响应的输入地震动排序

为探讨“最不利地震动”概念在地下结构抗震设计中的适用性,以软土地铁区间隧道为对象建立相应的地层-结构动力分析模型。以直径变形率为分析指标,基于动力时程方法研究18条不同输入地震动作用下隧道结构动力响应的分布及差异性,得出基于隧道地震响应的输入地震动排序,并通过调幅手段对比分析了地面峰值加速度（PGA）和隧道埋深变化对隧道结构地震动响应排序的影响规律。最后,评价了不同输入地震动参数,包括峰值加速度、峰值速度、峰值位移、绝对累积速度（CAV）和阿里亚斯（Arias）强度（I_A）与隧道地震响应之间的相关性。分析结果表明:① 随着PGA从0.5 m/s2增加到2 m/s2,地震动排序发生明显变化,并且不同输入地震动引起的隧道地震响应差异显著提高,最不利地震动引起的直径变形率与平均值的比值从1.1增加到1.9;② 隧道从浅埋到深埋的过程中,地震动排序结果基本保持不变;③ PGA为2 m/s2时,隧道地震响应与基岩面峰值速度（PBV）的相关性最好,相关系数达到0.94,其次是与基岩面峰值位移（PBD）和I_A,相关系数分别为0.62和0.48,相关性最差的是基岩面峰值加速度（PBA）和CAV,相关系数仅为0.37和0.22。研究结论可为今后软土隧道的输入地震动选择提供科学依据。      

地脉动水平/竖向谱比表征地震动场地效应的有效性及其修正

近年来,地脉动水平/竖向谱比法广泛应用于获取场地卓越频率工作中,但在指示地震动放大系数方面是偏小的。利用KiK-net台网403个台站共21万余组数据,通过对比分析地脉动水平/竖向谱比MHVR和地震动水平/竖向谱比EHVR,发现二者的谱形和峰值频率基本一致,但幅值存在差异。根据MHVR谱形将场地分为6类,建立将MHVR修正为EHVR的经验方法。当MHVR有可解释的峰值时,实测EHVR和修正后MHVR预测值一致性提高。地震动峰值加速度在40 cm/s²以下时,EHVR受场地非线性的影响较小,利用MHVR及其修正方法可有效估计EHVR。     

考虑近断层方向性效应及土层非线性影响的场地概率危险性分析

针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。     

考虑近断层方向性效应及土层非线性影响的场地概率危险性分析

针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。     

基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

汶川地震黄土地区地震动特征分析

汶川地震黄土地区强地震动加速度峰值（PGA）较小,然而震害却较为严重,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取四川、甘肃及宁夏境内的部分强震动记录,探讨传播距离和场地条件对地震动的影响规律,重点研究黄土地区地震动幅值、频谱、持时特征以及对建筑结构的潜在影响,从地震动特征角度分析该地区震害相对较重的原因。结果表明:汶川地震黄土地区地震动速度峰值较大,地震动中频分量和中长周期成分较为突出;黄土地区自振周期为0.3~1s以及3~4s（尤其是此周期内30~40层）的结构物地震反应将显著放大;设计地震分组为第三组的Ⅲ类黄土场地,加速度反应谱拟合曲线在周期1~3.5s谱值明显高于规范设计谱;黄土场地地表地震动拥有更长持时。     

龙头山集镇局部场地地震动效应分析

依据龙头山集镇6个典型场地上的钻探资料及土体的动力非线性特性试验数据,分别建立了相应场地的地震反应分析模型。以幅值折半的龙头山镇强震动台站（053LLT）东西向主震加速度记录作为入射地震动,采用一维土层地震反应分析等效线性化方法计算了场地地震反应,讨论了近地表覆盖土层结构对地震动加速度峰值及反应谱的影响,并对场地效应与震害的关系进行了分析。      

三水准超越概率水平地震动峰值加速度关系分析

以35个工程场地地震安全性评价结果为样本,统计分析了三水准超越概率水平地震动峰值加速度（PGA）关系。结果表明：50年超越概率63％和2％地震动峰值加速度与50年超越概率10％地震动峰值加速度的比值,在不同场地类别条件下变化不显著。     

南北地震带南段水平向地震动衰减特征

地震动衰减关系作为抗震救灾的重要依据,一直都是现代地震学研究的重点之一.本研究使用南北地震带南段区域2009—2016年共217个地震事件获得随震中距变化的水平向地震动峰值速度(PGV)和地震动峰值加速度(PGA)经验衰减关系,并计算场地响应.研究结果显示PGV衰减关系的拟合效果较PGA更好,两者的距离衰减系数会随事件矩震级增大呈线性减小;相较于大矩震级事件,中矩震级事件在近场可能产生较衰减关系理论值更大的PGV和PGA,同时衰减关系的拟合标准差会随事件矩震级的增大而减小.进行场地响应校正后的PGV和PGA更加符合经验衰减关系,PGA的场地响应影响较PGV更强但两者的趋势一致,并与该区域前人计算得到的地壳Qs值分布对应,表明地壳介质放大或压制地震波振幅和其传递地震波能量的能力是相关联的.本文结果一定程度上揭示了南北地震带南段的地震动强度衰减特征,为未来中国西南部的抗震减灾工作提供了重要的参考.     

响应谱地震动预测方程中场地效应参数Vs30与场地周期的比较

最近的许多地震动预测方程（GMPE）都使用上30m土层的平均剪切波速度Vs30表示场地效应。然而,在一些研究发现V鹦。是表征场地效应合理参数的同时,另一些研究则给出了相反的证据。本研究使用日本的大地震动数据集对这两个场地效应参数的预测能力进行系统的比较。采用该方法的基础是使用场地周期（Ts,4倍剪切波从基岩到地表的走时）或Vs30对经验模拟场地效应的标准偏差和放大比振幅进行比较。模拟的场地效应除了包括地震动预测方程的场地效应项,还特别包括KiK-net台网的地表与井下记录之间的场地放大比。就KiK—net台网数据而言,对Ts〉0．6s的土层场地,Ts被确定是比Vs。。好的预测参数;而对T。〈0．6s的场地,这两个参数对放大比产生了相似的变异性。在所有场地类别的多数周期上,由地震动预测方程获得的场地效应,Vs30和Ts在统计上相等;而在一些谱周期上,Vs30产生了比Ts小的变异性。KiK-net台网地表一井下记录与地震动预测方程结果的矛盾可能由地震动预测方程中包括震源变异性、路径变异性和场地变异性的大变异性所致。相比之下,KiK-net台网地表一井下数据对的变异性小多了。虽然VS30。和Ts对地震动预测方程的数据产生了统计上相似的标准偏差,但瓦仍然获得了比Vs30更好的中值放大比。     

考虑非线性场地效应地概率地震危险性分析

提出了一种改进的考虑非线性场地效应的概率地震危险性分析方法。文中应用实例展示了考虑吉尔罗伊2号场地土层非线性效应的危险性曲线。在卡拉韦拉斯断层上指定了震源参数和地震发生模型，假设该断层为影响该场地的主要震源。采用3次地震的记录经NONLI3程序（可计算土层对强地面运动的非线性响应）建立了该处地表和基岩加速之间的关系。对一定的基岩运动，估算出的地面峰值加速度（PGA）标准误差的不同值可作敏感性分析。实例研究包括一个可替换的非线性关系。除了非线性模型，在吉尔罗伊2号场地上的相同土壤剖面也采用了线性响应模型。结果显示，危险性曲线对估算的该处地表加速度峰值的标准误差非常敏感。如果对场地土壤的非线性程度考虑不足，危险性曲线将严重失真。得自回归分析的可替换的非线性模型和线性响应模型在考虑非线性场地效应的危险性评估是不适用的。     

土洞对岩溶场地地震动参数影响研究

为研究土洞对岩溶场地地表地震动参数的影响,选取广西桂林市某岩溶场地,分析土洞的存在对地表地震动峰值和频谱的影响。依据场地地震反应分析理论,建立包含土洞与不包含土洞的有限元模型并进行地震反应分析,应用计算结果中1-3层土体表面中心点的地震动,作为原始信号输入,进行FFT(离散傅氏变换的快速算法)转换,得到场地各层土体表面中心点的频谱分析图。分析结果表明:(1)土洞的存在对地表峰值速度和峰值位移影响相对较小,对峰值加速度影响较大,且越上层土体地震动参数受土洞影响越大;(2)包含土洞的加速度频域分布峰值大于不包含土洞的岩溶场地,并且包含土洞与不包含土洞岩溶场地主要(卓越)频率分布在0-5Hz范围,分布较集中,峰值加速度对应的频率在2.5Hz附近。     

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。