大规模数值计算的层分布物理参数研究

随着计算机技术的飞速发展和地震台网的建设对大城市的地震动数值模拟变成可能。应用地质．地貌以及地球物理勘探等资料建立的三维层结构是保证地震动计算准确性的基础。提出并论证了关于三维层分布模型的建模思路和相关数据处理方法。据此所建立的三维模型符合研究目标区的实际情况,同时,所提供的方法还便于模型的修改和升级。     

地震巨灾模型中的随机地震事件集模拟

地震巨灾保险是降低地震灾害风险的有效手段之一,而地震危险性分析是地震巨灾模型的主要分析模块之一。传统的概率地震危险性分析主要是基于潜在震源模型、地震活动性模型和地震动衰减模型等并采用概率方法得到场点的地震危险性值,该危险性表示的是未来所有地震对场点的综合影响。然而,在使用地震巨灾模型进行地震风险分析时需要用到单个地震事件对场点的影响,这就需要根据潜在震源区生成一系列单个地震事件,并计算每个事件对场点的影响。本研究采用蒙特卡洛方法,基于第五代中国地震动参数区划图中所采用的地震活动性模型(潜在震源区及其地震活动性参数),模拟符合我国地震活动时间、空间和强度分布特征的地震事件集。模拟时遵从的基本理论为:地震发生在时间上符合泊松分布,震级分布可用古登堡-里克特定律来描述,空间分布特征则用潜在震源区及其地震发生率来描述。模拟得到的地震事件包含以下参数:时间(年、月、日)、地点(经度、纬度)、深度、震级、断层走向以及衰减特征等。该模拟地震事件集可满足地震巨灾模型中地震风险分析的需求,已应用于我国地震巨灾模型中。     

复杂地形条件对强地震动特征的影响

基于甘肃文县获得的汶川地震强余震记录分析和FLAC3D软件模拟场地地震反应的方法研究了地形条件对地震动的影响.首先结合文县流动地震台强余震记录,分析了文县山包场地的地震动分布特征;其次对该山包进行了地形测量、地震勘探和土样采取,根据实测资料建立了FLAC3D三维场地数值模型,采用实际基岩记录输入,研究了山包不同部位地震动的分布特征.研究表明:数值计算与观测的结果在一定频段范围内有较好一致性;其时域峰值加速度放大比接近,反应谱谱比结果放大趋势一致,1 ～10Hz的地震动放大最明显;FLAC3D软件能够有效地模拟三维场地的地震反应.     

库车河铜场水库的人工合成基岩地震动加速度时程

针对所承担工程任务的要求,采用目前较为成熟的数值计算方法,将根据地震危险性分析计算得到的库车河铜场水库的地震动参数（３ 种概率水平）转换成模拟的地震动加速度时程。因为计算中直接采用了新疆地区乌恰强余震频谱,合成的基岩地震动加速度时程很好地反映了该地区的工程特性     

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。     

基于空间平滑法的武汉城市圈地震危险性概率分析

以武汉城市圈为研究对象,利用空间平滑方法建立了区域的两个地震活动性模型,计算了50年超越概率10％的基岩峰值加速度分布图,与地震动参数区划图的对比表明,其结果能合理反映区域的地震危险性水平.在弱震活动区,基于空间平滑法的地震危险性概率计算能给出可靠的地震动参数.     

俯冲带地震动特征及其衰减规律探讨

随着我国南海不断开发建设,海洋工程的抗震问题日益受到重视.我国南海东部区域位于大陆板块与海洋板块共同作用的俯冲带地区,地震活动频繁,震级较大,潜在地震对南海开发建设有重要影响.为了研究俯冲带地震的地震动特征及其衰减规律,本文基于实际俯冲带地震数据,并结合数值模拟方法,分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的差异.研究结果表明:俯冲带地震动存在区域性差异,在地震动衰减特征方面,同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢,俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快;数值模拟分析不同深度海水对海底地震动的影响表明,海底地震动水平分量几乎不受海水介质的影响,但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势.最终,基于数值模拟和经验关系的混合方法建立了南海俯冲带地震动衰减关系模型,其结果可为海域区划等相关研究和海域工程建设提供参考.     

型钢混凝土框架结构地震易损性数值模拟研究

基于地震工程模拟平台Open SEES,研究了型钢混凝土(SRC)框架的数值建模方法。根据试验结果对比了3种不同非线性梁柱单元模型的计算效果,确定了最优单元模型。基于Open SEES平台和增量动力分析(IDA)方法研究了型钢混凝土框架结构的地震易损性。设计了3个具有不同柱梁抗弯承载力之比的结构,对其进行IDA分析,获得了各模型的抗震能力曲线。根据结构抗震能力曲线,求解了结构的地震易损性曲线,得到了结构在地震作用下各性态点的超越概率。对场地地震危险性进行分析,获得了场地地震危险性概率模型。基于结构地震易损性曲线及场地地震危险性概率模型,计算了结构各性态点的年平均超越概率。结果表明:柱梁抗弯承载力之比对计算结果的影响显著,随着柱梁抗弯承载力之比的增大,结构在特定地震动作用下倒塌的概率呈减小趋势。     

局部地形下入射波散射效应对地震动影响解析解研究进展

局部地形条件对地震动放大有显著影响,解析法和数值法均可研究该问题,而解析法可以分析问题的物理本质和检验数值法的精度.将局部地形分为无盖层凹陷地形、有盖层凹陷地形(沉积谷地)、凸起地形和复合地形;分别综述了国内外关于各种局部地形对地震动影响的解析解研究成果.从以下4个方面分析和讨论当前研究成果:①研究方法;②计算介质模型;③各局部地形研究水平的不均衡;④研究存在不足之处.提出了未来发展方向:未来该领域应加强研究局部地形对Rayleigh波地震动响应规律,开展局部地形对多种波耦合入射下的地震动响应规律的研究,运用非线性波动理论研究局部地形对地震动的影响和开展三维非线性地震动数值模拟研究.     

新疆北天山地区宽频带地震动模拟关键技术研究

近年来,我国强震动观测记录数据库有了大幅扩充,一定程度上满足了重大工程抗震设防对宽频带地震动输入的迫切需求。然而,对于地震频发、强震动观测记录少的地区,宽频带地震动的数值模拟仍是确定合理地震动输入的重要途径。北天山地区是新疆经济社会发展的核心区域,现有强震动观测记录难以满足该区重大建设工程的抗震设防需求。研究构建考虑北天山地区震源机制、地质构造以及场地特征的宽频带地震动模拟方法对于高地震风险的北天山地区具有重要工程应用价值。宽频带地震动模拟方法由具有强区域特征的高频地震动随机模拟方法及基于求解无限域波动问题的低频地震动模拟方法组成。本文围绕北天山宽频带地震动模拟方法构建中的关键问题展开研究:针对高频地震动模拟,主要研究中小震震源模型的构建及非平稳地震动合成所需的群速度模型;针对低频地震动模拟,主要研究无限域波动数值模拟中高精度人工边界的构建,以尽可能缩小模拟工作区和提高计算效率。取得的研究成果如下:(1)北天山地区震源和路径传播模型构建。利用该地区2009—2015年843个M_L≥3.0地震记录,采用多台多地震联合反演方法建立了该地区的路径衰减、台站场地响应以及震源谱模型。结果表明,北天山地区中小震震源谱具有分段特性:4级以下地震的震源谱与引入震源谱高频衰减因子(κ=0.003)的Brune模型在统计意义上基本一致,4级以上地震的震源谱逐渐偏离Brune模型,呈现较为明显的双拐角频率特性;另外,震源谱存在分区差异,库拜盆地、塔里木盆地内地震的震源谱在高频段衰减更为显著。(2)北天山地区等效群速度模型构建。在已有基于等效群速度模型合成地震动的工作基础上,引入震相微分计算方法改进了等效群速度的计算方法;提出应用测震记录P波到时构建最快波群速度模型,分析了最快波群速度选取对等效群速度模型构建的影响;基于北天山地区的强震动观测记录,统计得到该地区的等效群速度模型。等效群速度模型引入到高频随机模拟方法的算例结果表明,基于等效群速度模型考虑地震动非平稳特征可给出更为合理的地震动模拟结果,对于面波发育的深厚覆盖层场地影响尤为突出。(3)高精度人工边界条件完美匹配层构建。完美匹配层内场方程和界面条件通常分别采用复坐标延伸技术变换强形式无限域内波动方程和界面条件得到,其构建过程相互独立,可能出现匹配不合理而引发的数值失稳、计算精度低下等问题。为此提出采用复坐标延伸技术变换弱形式无限域波动方程以构建完美匹配层的方法。弱形式波动方程耦合了波动方程及界面条件,规避了变换后所得场方程与界面条件的匹配不合理问题。新方法可直接给出弱形式匹配层,结合勒让德谱元建立了弹性介质近场波动谱元模拟方案。利用算例验证了新方案的精度及数值稳定性。(4)新源—和静6.6级地震地震动场的数值模拟。2012年6月30日新源—和静地震是北天山地区近50年来发生的最大地震,测震及强震动观测记录均较为丰富。本文应用反演所得滑动分布和随机滑动分布分别拟合了强震动台站的地震动时程,对比分析了拟合反应谱与观测记录反应谱的差异性;模拟了该地震的烈度分布图,分析其与实际调查烈度图和基于新疆常用地震烈度衰减关系计算的烈度图之间的差异,探讨了破坏性地震发生后应用高频随机有限断层方法生成地震烈度分布图的可行性。     

川滇区域高频地震动地形效应初探

历次强震表明:局域起伏地形对由高频地震动起决定作用的震害存在显著影响。忽略场地浅表土层的影响,凸起地形场地震害高于凹陷地形。然而,由于地形效应影响因素的复杂多样以及公认地形效应表征模型的缺失,已有的宽频带地震动模拟与预测方法并未考虑高频地震动地形效应,这可能导致对地震动时程及参数的错误估计。为此,本文利用当前较具代表性的地形效应量化表征模型,初步分析了川滇区域高频地震动的地形效应。首先,给出了基于量化表征模型的区域高频地震动地形效应计算分析方案;其次,完整地阐述了该方案在川滇地区的应用,并结合漾濞地震震害考察结果初步验证了川滇高频地震动地形效应分析结果的可靠性;最后,讨论了分析结果的局限并给出其应用于宽频带地震动模拟与预测方法中的初步建议。     

玛多地震中大野马岭大桥震害机理分析

2021年5月22日青海玛多发生了M_s7.4级地震,从地震中桥梁震害情况看:此次地震的特点是断层北侧震害轻,南侧震害重。位于断层南侧的野马滩大桥是简支梁桥,发生大量落梁,是此次地震中受损最为严重的大桥之一;而位于北侧的大野马岭大桥是连续梁桥,仅发生了部分挡块开裂。其中原因值得深入研究。本文通过有限元分析软件Midas/Civil建立大野马岭大桥（上行线）模型,进行地震反应分析,讨论分析了大野马岭大桥在此次地震中的震害机理。发现南北向的地震动是造成该桥横向挡块破坏的主要原因,东西向地震动因受到桥台和纵向挡块的约束并没有出现严重损伤。若将该桥由连续梁桥变成简支梁桥,地震反应会有所变化,但总体趋势特点变化并不大。另外,本文通过现有资料选定5组地震动作为输入,进行地震反应分析,比较分析不同地震动对该桥的影响,并验证地震动模拟效果。     

土动力学研究综述及思考

随着国家重大构筑物的不断建设实施,考虑土体具有较高的动力易损性和致灾特性,工程构筑物的工程地质灾害和岩土工程动力致灾特性研究需要愈显迫切。通过对当前土动力学与岩土地震工程方面研究进展进行归纳总结,着重从土的动力强度、土的动本构关系、砂土的振动液化、铁路路基中的动应力、边坡地震永久变形和稳定性、挡土墙上的地震土压力等六个方面进行叙述,对其中涉及的各种研究方法进行比较和论述,最后提出了土动力学有待进一步深入研究的若干问题和未来发展方向,以期基于土动力学的发展而提升构筑物的抗震设防水平。     

基于盆地效应的抗震设防研究之若干进展

沉积盆地能够加重震害,在抗震设防中需要定量考虑盆地效应。本文叙述了盆地效应的主要表现形式以及对震害的影响;详细介绍了盆地效应的研究方法以及取得的研究成果,同时也指出了各个方法的优缺点;讨论了抗震设防中对盆地效应考虑的必要性;着重回顾和总结了当前在抗震设防中考虑盆地效应的两种方法:（1）在场地地震动预测模型中加入盆地基底埋深项。（2）求取盆地模型相对一维层状模型的附加放大因子,提出针对当前抗震设防规范中地震动参数的校正系数。最后指出开展盆地抗震设防研究面临的问题及工作展望。     

日本福岛7.3级地震灾害损失总结与讨论

2021年2月13日,日本本州东岸近海发生7.3级地震,没有造成人员死亡,仅150余人受伤,导致建筑物和基础设施发生不同程度的破坏和功能中断。此次强震并未造成大量的人员伤亡和工程结构本体破坏,但出现非结构构件破坏较为普遍以及基础设施功能中断的情况。介绍了各机构的震后灾害损失快速评估工作,总结了工程结构破坏和功能影响、人员伤亡和经济损失情况。对此次地震的灾害特征进行了总结和思考,认为随着各地区抗震能力的提高,非结构构件破坏、地震灾害链、基础设施功能中断与恢复、抗震韧性将成为今后研究的重点。     

RC框架结构地震易损性分析方法研究进展

21世纪我国经济急速发展,人口也急剧增长,这也使得地震对人类生命和财产安全造成的威胁更大,结构抗震研究需求日益增加。地震易损性分析技术对于结构破坏和损失预测都有着非同一般的应用价值,因此受到了国内外土木工程抗震界的广泛关注和研究。首先介绍了地震易损性分析的基本概念,具体地论述了用于地震易损性分析的三种方法,同时总结出此三种方法各自的优缺点;其次以RC框架结构为例论述了国内外地震易损性分析领域的研究发展,从上个世纪90年代开始进行了系统的梳理和分析。说明了地震易损性分析在研究过程中由于不确定性的存在而导致对分析结果准确度的影响;最后指出要想得到更接近于真实的易损性分析结果,还需考量易损性分析中的不确定参数,揭示了地震易损性分析研究领域所面临的挑战。     

随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析方法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究关注的焦点。对大跨度桥梁结构，考虑随机地震动场的多点激励而进行地震反应分析较为合理。本文结合大跨度桥梁抗震设计，系统地介绍了随机地震动场的模型以及随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析的方法。     

2021年青海玛多7.4级地震共玉高速震害与启示

2021年5月22日青海玛多发生了M7.4级地震,造成了共和至玉树高速公路部分损毁。首先,基于地震现场考察及资料查阅,介绍了该条公路在此次地震中主要的震害类型及总体的震害情况;其次,统计分析了共玉高速上桥梁震害情况与结构形式等的关系。发现此次地震大桥震害远比中小桥要严重,简支空心板梁桥震害要比连续箱梁严重。鉴于此次地震在极震区缺少强震记录,本文提出一种基于衰减关系和台站土层条件的推测地震动简化方法,从地震动特征角度分析玛多地震对共玉高速破坏机理。最后讨论了此次地震对我国高原地区交通结构抗震的经验与启示。     

2022年日本福岛7.4级地震震害分析与对比

2022年3月16日在日本福岛县东部海域发生7.4级地震,本文基于近实时震害评估系统RED-ACT对此次地震进行了快速评估,包括强震动记录分析、区域地震破坏力震害评估结果和典型桥梁破坏,并结合实际震害对比了该系统评估结果以及其他主要震害快速评估系统的分析结果,结果表明：(1)此次地震造成的地面运动强度较大,多数台站记录PGA较2021年福岛7.3级地震更强,反应谱在0.5～1.3s区间呈现远高于2021年福岛地震的趋势。(2)RED-ACT的震害评估结果相较于日本NIED-CRS系统和美国USGS-PAGER系统与实际震害更为接近,在强震动记录较为密集的地区,开展基于强震动时程和建筑非线性分析的震害评估能够得到更为准确的震害评估结果。(3)此次地震对白石市附近桥梁造成了一定的破坏,桥梁破坏附近处的强震动会对典型桥梁结构造成一定程度的破坏。     

考虑震害因子耦合作用的砌体建筑群破坏概率模型研究

砌体建筑群在地震中往往破坏严重损失巨大,合理评估地震作用对不同种类砌体结构造成破坏的风险变得至关重要。传统基于后验概率的地震危险性分析方法忽略了砌体建筑个体差异性的影响,未深入考虑多种震害因子的耦合作用。本文以华南地区砌体建筑群为例,开发了一种集成概率方法来对城市砌体结构的破坏风险进行建模,考虑建筑年代、层数、使用用途和墙厚四类震害因子的耦合影响,采用(Kolmogorov-Smirnov)K-S检验,在设定地震动参数下选取Gaussian分布、Log-Normal分布、Gumbel分布和Beta分布四种概率分布对该地区砌体建筑物的破坏状态概率分布参数进行拟合。通过均方根误差(Root Mean Square Error)RMSE进行拟合优度评价,最终建立基于Gaussian分布和Log-Normal分布的砌体建筑物破坏联合概率模型。最后,以华南地区三个城市典型砌体建筑物为例进行实例对比验证,将基于本文建立的建筑破坏概率模型推算出的砌体建筑群震害矩阵与基于单体结构分析得到的震害矩阵进行对比,与理论值最大偏差为0.033 3。研究表明：本文构建的集成概率方法能够获得更加合理的城市砌体建筑...