局部场地地震动高频衰减系数估计模型

采用随机有限断层法进行地震动模拟时,选用合理的参数描述特定局部场地近地表高频衰减特征,对评价地震动模拟结果的正确与否具有重要的实践意义.在工程场址地震动参数预测中,如何快速确定参数的取值,是实际应用中亟需解决的问题.首先对场地高频衰减系数κ₀与平均剪切波速v_S30的相关性进行了分析;然后,基于国内外学者计算得到的546个κ₀系数,采用一定时窗内的κ₀均方根值,讨论其随平均剪切波速v_S30增加的变化趋势.结果表明,虽然κ₀具有明显的区域差异性,但其均方根值随着v_S30的增大呈现出逐渐减小的趋势.为了得到合理的κ0估计模型,分别采用线性函数、多项式函数、对数线性函数和双对数线性函数对κ₀均方根值与v_S30的关系进行初步拟合,结果表明,对数线性函数能够较好地描述κ₀与v_S30之间的关系.最后,基于筛选得到的477个数据,采用最小二乘法对模型参数进行拟合,...     

喀什—乌恰交汇区VS30经验模型估计

本文通过收集喀什—乌恰地区20个钻孔深度大于30 m的钻孔实测数据,分别获得了5、10、15及20 m深度处的等效剪切波速V_(SZ)与V_(S30)的对数线性关系,根据对数线性和对数二次回归的方法,得到了V_(SZ)与V_(S30)的经验关系。结果显示:速度梯度模型外推方法获得的V_(S30)经验模型,更加适合深度超过10 m的钻孔数据的估计。速度梯度模型外推方法中,对数二次回归和对数线性回归外推得到的V_(S30)经验模型呈现相同的规律,拟合优度差别不大,利用速度梯度外推方法获得V_(S30)经验模型,使用简单的线性模型就可以满足精度需求。     

北京平原地区VS30估算模型适用性研究

本文使用基于钻孔测井数据的3类模型,即常速度外推模型、速度梯度模型、双深度参数外推模型,通过对北京地区460个深度超过30m的钻孔剪切波速资料进行分析,详细探究了V_S30估算模型在本研究区的适用性。研究结果表明双深度参数外推模型在估算V_S30上准确度很高,其不需要大量的数据进行回归分析,且不具有区域独立性,可以为全球包括北京地区场地类别划分提供依据,进而在震害快速评估中用于确定场地影响,是一种值得推广的估算模型。     

四川地区深度小于30m钻孔的估计方法

本文收集了733个四川地区的实测钻孔数据,从中筛选出深度大于30m的268个钻孔剖面资料。分别获得了10m、15m、20m、25m和28m不同深度处的平均剪切波速 与 的对数线性相关关系。同时还与Boore（2004）的结果做了对比分析,比较了采用常数外推法和对数线性外推法得到的不同深度处剪切波速的残差分布。结果表明,不同深度处剪切波速 与 的对数相关关系可能具有一定的区域性特征,本文得到的对数关系更适合四川地区。对数线性外推法与常数外推法相比,前者的系统偏差更小;随着深度的增加,两种方法的外推误差均逐渐减小,但常数外推法普遍低估了 值;当深度较浅时,低估的情况更为明显。本文的研究结果为利用大量的不足30m的钻孔资料估计 值提供了参考。     

四川地区深度小于30m钻孔的_s(30)估计方法

本文收集了733个四川地区的实测钻孔数据,从中筛选出深度大于30m的268个钻孔剖面资料。分别获得了10m、15m、20m、25m和28m不同深度处的平均剪切波速_s(d)与_s(30)的对数线性相关关系。同时还与Boore(2004)的结果做了对比分析,比较了采用常数外推法和对数线性外推法得到的不同深度处剪切波速的残差分布。结果表明,不同深度处剪切波速_s(d)与_s(30)的对数相关关系可能具有一定的区域性特征,本文得到的对数关系更适合四川地区。对数线性外推法与常数外推法相比,前者的系统偏差更小;随着深度的增加,两种方法的外推误差均逐渐减小,但常数外推法普遍低估了_s(30)值;当深度较浅时,低估的情况更为明显。本文的研究结果为利用大量的不足30m的钻孔资料估计_s(30)值提供了参考。     

四川、甘肃地区VS30经验估计研究

目前我国建筑工程抗震设计规范中对于工程场地条件的判断依据主要是地表以下20m深度范围内土层的等效剪切波速,简称VS20。相比之下,国外应用较广的是地表以下30m深度范围内的等效剪切波速,简称VS30。这种差别导致国内科研工作者在应用国外的地震工程、工程抗震模型时经常遇到对场地条件描述不准确的困难。为了解决这个问题,本文根据147个四川、甘肃地区国家强震动台站20m左右深度的钻孔剪切波速数据,利用延拓方法、场地分类统计方法以及基于地形特征的VS30估计方法研究各台站VS30与VS20的经验关系,对比发现基于速度梯度延拓的结果最为可取。参考国际上通用的Geomatrix Classification场地分类标准,最终得到四川、甘肃地区各类场地的平均VS30,此结果可以为缺乏钻孔数据的工程场地的VS30估计提供参考。     

工程地震中v_(S30)估算模型及其应用研究进展

在工程地震场地条件评价中,地表以下30m深度范围内的等效剪切波速(vS30)是一个重要的分类参数,但由于客观条件的制约,在很多实例中等效剪切波速度的计算深度未达到30m,因此如何更好地估算vS30就变得尤为重要。详细阐述vS30估算模型的演化发展:首先介绍基于钻孔测井数据的3类模型,即常速度外推模型、速度梯度模型、双深度参数外推模型;然后详述基于地质、地形坡度和地貌等替代指标的vS30估算模型,以及基于HVSR的反应谱比的估算模型。文章分析各模型的特点和适用性,同时在此基础上简述了vS30在现今工程地震领域的应用。     

汶川地震余震震源参数及地震动衰减与场地影响参数反演分析

基于强震动观测台钻孔数据, 统计得到了四川、 甘肃地区20 m深的浅硬土层场地平均剪切波速模型． 通过与美国加州地区的波速模型对比, 结合四川、 甘肃地区地震预报的地壳模型, 延拓剪切波速模型至40 km． 应用四分之一波长法计算了浅硬土层场地的平均场地放大系数． 利用场地放大系数, 消除13次余震中浅硬场地的台站场地响应, 反演了龙门山断层上、 下盘的介质品质因子以及13次余震的有效应力降． 通过与普通土层场地的强震动记录对比, 对浅硬土层场地的放大系数进行调整, 得到了深厚土层场地的平均放大系数．      

强震动台站的场地V_(S30)估计及场地放大系数模型研究

场地条件对地震动具有显著影响,是确定抗震设计地震动参数时需要考虑的重要因素,因此,探究场地条件对地震动的影响规律具有重要意义。地震作用下产生的地面运动(地震动)是震源特征、路径特性和场地特征三方面因素的体现,其直接、客观地反映了场地条件对地震动的影响,因此是研究场地条件影响机制的重要数据基础。虽然目前全球强震记录较为丰富,但是受限于强震台站场地资料的完整性,大量已获取的强震记录无法应用,进而严重制约了对场地条件影响的研究。为了改变这一现状,本文提出了通过强震记录及部分台站的剪切波速数据估计缺乏勘测试验数据、或钻孔深度小于30 m的强震台站的场地条件参数V_(S30),利用日本、美国加州等地区强震资料对方法的效果进行检验。将方法应用于中国西部地区,估计了部分强震台站的场地参数V_(S30)。在确定中国西部地区台站场地V_(S30)的前提下,以其为变量建立了定量估计场地放大系数的经验模型。完成的主要工作包括以下几方面:(1)通过广义反演技术获取了强震台站的场地放大,再利用均方根阻抗比方法,建立了不同强震台站的场地1/4波长深度内等效剪切波速间的关系,根据剪切波速已知的台站,确定了缺乏剪切波速数据的台站的场地V_(S30)。利用日本、美国加州和中国西部地区的强震资料验证了估计方法的效果。将方法应用于中国西部地区,确定了部分强震台站的场地V_(S30)。(2)基于台站场地的浅层(深度小于30 m)土体剪切波速以及单台场地放大曲线,提出了确定钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)的方法。利用日本、美国加州等地区的强震资料验证了估计方法的效果。该方法避免了估计V_(S30)时对速度梯度延拓模型的依赖。将方法应用于中国西部地区,确定了部分钻孔深度小于30 m的台站的场地V_(S30)。(3)以中国西部地区强震台站的场地资料和数据为基础,通过分析场地卓越周期T0与场地V_(S30)的关系,建立了两者的经验模型。利用经验模型确定了中国西部地区缺乏剪切波速、且不满足广义反演前提的台站的场地V_(S30)。将经验模型与其他方法估计结果相比较表明:经验模型估计值在表征场地放大方面具有优势,其与场地放大系数之间表现出更强的相关性,利用其估计场地放大系数的离散性更小。(4)以中国西部地区实际钻孔资料为基础,利用数值方法研究了土体非线性特性对场地放大系数的影响规律,结合强震记录建立了考虑土体非线性效应的场地放大系数模型。对模型结果的分析表明,该模型符合中国西部地区场地条件对地震动的影响规律。利用包含这一场地放大系数模型的衰减关系计算了加速度反应谱,结果表明衰减关系能够反映土体非线性反应对加速度反应谱的影响。     

航空工业组团阎良片区土层剪切波速与深度的统计关系

基于航空工业组团阎良片区地震小区划项目中大量的剪切波速实测资料,利用最小二乘法,采用常用的幂函数、指数函数、线性函数和一元二次多项式函数4种模型,统计回归了该地区土层剪切波速随深度的变化关系;并以拟合优度为评价标准,通过比对分析和讨论,给出了场地土及其主要岩性剪切波速与深度变化的经验回归公式。结果表明,场地土剪切波速与埋深有显著的相关性,所推荐的经验公式可供无波速资料的场地参考使用。     

新疆乌鲁木齐地区vS30经验估计研究

从新疆乌鲁木齐市2004—2015年得到的841个钻孔中选择深度达30 m以下且钻孔资料记录完整的有效钻孔123个,通过计算5~30 m范围内不同深度的等效剪切波速,分别利用线性拟合、二次拟合和三次拟合对各深度v_S（d）及其v_S30进行拟合。通过对比发现,三个方程的拟合误差都随深度的增加而减少,且三次拟合方程的误差始终小于同深度的线性拟合和二次拟合方程,因此推荐使用三次拟合方程来估计新疆乌鲁木齐市钻孔的v_S30值。同时将此结果和Boore的结果进行比较后发现,不同深度处的等效剪切波速v_S（d）和v_S30具有地域差异性;Boore得到的结果在钻孔深度小于20 m时明显高估v_S30值,拟合曲线偏离实际数据点较远,所以本文拟合结果更适用于新疆乌鲁木齐市。综合比较可知,三次拟合得到的研究结果可以为新疆乌鲁木齐市钻孔深度不足30 m的地区求解v_S30值提供参考。最后,利用新疆克拉玛依市2004—2015年钻孔资料检验三个拟合公式对克拉玛依市的适用性,发现深度越接近30 m,误差越小;线性模型和二次模型相对来说比较可靠,平均误差接近于0,并且对深度大于10 m的钻孔有高估现象;三次模型相对来说误差比较大,并且几乎在所有深度都有低估现象。     

基于典型地质特征分析的大同盆地VS30预测研究

土体剪切波速是进行土层地震反应分析的动力学参数，对场地地震动参数确定具有重要意义。基于地质地貌分析，将大同盆地划分为5类典型地质单元。对盆地1429个钻孔剪切波速资料进行分析，探讨V_S30与V_S20的相关性，研究土体埋深、岩性、地质单元、标贯击数及密实度等地质特征对V_S的影响，并基于地质单元、剪切波速比、密实度系数及第四系上部覆盖层厚度相关性分析给出土体V_S30预测模型。研究结果表明，基于典型地质特征的V_S30预测模型拟合优度R2>0.90，预测精度很高，对于离散性较大、直接拟合估算较差及无剪切波速场地来说，以区分地质单元及土体类型的方式进行V_S30分解预测是良好的研究思路。首次在区分地质单元及土体类型的前提下提出剪切波速比及密实度系数，并将其与第四系上部覆盖层厚度综合应用于V_S30预测研究。研究结果可为大同盆地城市防震减灾规划、震害预测、区域性地震安全评价提供重要技术支撑。     

汶川地震前后波速比变化特征的再研究

收集整理了四川省地震台网1990—2012年产出的地震直达波震相数据, 利用单台多震和达法对2008年汶川M_S8.0地震前后四川地区的波速比变化特征进行了分析研究(共筛选出13个数据量较为丰富、 连续性较好的台站). 结果显示: 其中位于龙门山断裂中北段西侧的4个台站, 震前出现长达7年左右的中长期波速比低值异常; 其它9个台站的波速比震前变化基本稳定. 震前波速比出现异常的4个台站的分布与汶川M_S8.0地震孕震区范围大体一致, 从而为研究汶川M_S8.0地震前是否存在地壳介质特性的时间变化过程, 提供了有力的判定依据.      

九寨沟MS 7.0地震前单台波速比变化特征

收集、整理四川省地震台网2013年5月至2017年9月产出的震相观测报告数据,采用单台多震和达法,重点分析2017年8月8日九寨沟M_S 7.0强震前龙门山断裂带中北段地区波速比变化特征。结果表明：龙门山断裂带中段西侧的茂县地震台,在发震前2年左右,波速比出现一次持续时间约一年半的下降异常;发震前半年左右,波速比出现明显回返特征,波速比回返至均值上下时即发生九寨沟M_S 7.0地震;震源区周边其他6个地震台波速比在发震前变化较平稳。茂县地震台波速比低值异常对判定九寨沟M_S 7.0强震前龙门山断裂带中北段可能存在孕震体具有重要参考价值。     

Neural network estimation of duration of strong ground motion using Japanese earthquake records

The duration of strong motion has a significant influence on the severity of ground shaking. In this work, a combination of average values of four geophysical properties of site (Standard Penetration Test (SPT) blow count, primary wave velocity, shear wave velocity, and density of soil) including hypocentral distance of less than 50 km and magnitudes more than 5.0 from Japanese ground motion records were used for development of neural network model, to estimate duration of strong ground motion. Since majority of strong motion databases provide only average shear wave velocity for site characterization, an attempt has also been made to train the neural network with magnitude, hypocentral distance and average shear wave velocity as three input variables. Results obtained from this study show that the duration of strong motion is mostly dependent on average shear wave velocity rather than other geophysical properties of site.     

四川盆地中部浅层地壳一维剪切波速度结构初步研究

2010年1月31日四川盆地中部的遂宁发生了M5.0地震,四川盆地内部的台站观测到了很强的短周期面波波形数据。本文对地震数据的Rayleigh波和Love波提取基阶群速度频散曲线并反演得到四川盆地中部浅层地壳一维剪切波波速度结构。研究结果表明,四川盆地中部近地表剪切波平均速度约为2km/s,并且随深度逐渐增加,地壳深度在10km左右时,剪切波速度达到了3.5km/s。此结果适用于四川盆地中部以西,从遂宁到龙泉山附近,而四川盆地东部,从遂宁到华蓥山断裂不适用。该结果可为龙门山断裂附近的三维结构研究提供参考,并对强地面运动计算和区域内地震定位的研究有一定参考价值。     

2010年新西兰MW7.0主震与2011年MW6.1余震近场强地面运动特征比较分析

2010年9月3日16时35分46秒新西兰南岛Greendale附近发生了M_W7.0地震, 震源深度约10.0 km. 2011年2月21日新西兰南岛又发生了M_W6.1地震, 为2010年M_W7.0主震后最大的一次余震, 震源深度约5.0 km, 发震断层为Christchurch南约9 km一条近东西走向逆冲的隐伏断层, 该地震造成Christchurch城内多处建筑物严重损毁. 本文分析了2010年新西兰地震事件M_W7.0主震与M_W6.1余震强地面运动的特征. 新西兰M_W6.1余震近场强地面运动整体高于M_W7.0主震. 将主震和余震的强震观测记录分别与新一代衰减关系(NGA)进行对比, 发现余震强震观测数据整体高于其震级对应的NGA. 分别选取距离主震和余震震中最近且强震观测记录最高的两个台站(GDLC台站和HVSC台站)作为参照台站, 建立动态复合震源模型(DCSM)及有限断层随机振动模型(SFFM)进行强地面运动的模拟计算, 分析两种模型的模拟结果并对比二者的优势及局限, 以便在未来工作中更好地通过模型计算强地面运动特征, 实现区域化特征快速、 实时分析及局部重点、 细致分析相结合的目标.      

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。      

基于H/V谱比法的乌恰地区场地分类研究

场地条件对于地震动特性影响显著,在工程地震领域中强震记录与之对应的场地条件在研究中十分重要。利用H/V谱比法对新疆乌恰地区12个强震台站场地进行场地分类计算,并与实际钻孔剪切波速的场地分类结果对比分析,H/V谱比法和实际钻孔波速分类结果还是有很好的对应关系,为研究区域内缺乏钻孔剪切波速测试资料的场地进行场地分类提供了参考依据。