汶川地震中强震持时的特征研究

基于汶川地震断层距150 km内56个台站三分量加速度记录分析地震动重要持时的特征,并建立了持时与断层距的拟合关系。与已建立的持时公式比较,以往分析结果都大大低估了汶川地震动持时。近断层特征对地震动持时有显著影响。断层距小于30 km,上盘和下盘场点的持时明显低于平均水平;断层距大于30 km,地震动持时受到下盘效应的影响,持时较长。破裂方向性效应引起地震动持时在垂直断层方向与水平方向上的差异,同时断层破裂前方向场点的地震动持时较短,比破裂后方向场点的持时小近一倍。     

芦山地震地震动上下盘效应研究

2013年4月20日的芦山7.0级地震是继2008年5月12日汶川8.0级特大地震之后,发生在龙门山断裂带上的又一次大震级逆冲型地震.与汶川地震相比,芦山地震的发震断层没有地表出露,断层的滑动角更大,其逆冲性质更强烈.本文挑选了芦山地震中断层距小于200km的45条强震动记录,基于地震动衰减关系进行统计分析,对比了上盘和下盘台站地震动参数相对于衰减关系的对数残差.结果表明：芦山地震的上下盘效应明显,近断层上盘地震动的高频成分要高于同断层距的下盘;上盘地震动衰减要明显快于下盘.地震动衰减关系用简单的一个距离参数很难描述近场断层尺寸效应的影响,也很难模拟地震动上下盘效应.因此,在近场强地面运动模拟中,应多考虑有限断层模型,以模拟断层的尺寸效应.     

倾斜断层不对称分布引起的几何效应-上下盘效应.

首先介绍了具有加权平均意义的均方根距离Drms. 与断层距Drup和发震断层距Dseis相比, 均方根距离可以真实地反映观测点与倾斜断层的整体靠近程度. 然后利用断层距、 发震断层距和均方根距离, 通过回归分析分别对1999年集集地震加速度峰值的上下盘效应进行研究. 残差分析表明上盘的加速度峰值明显大于相同断层距或发震断层距处下盘的加速度峰值, 而相同均方根距离处的上下盘观测点的加速度峰值没有明显差异. 这说明上下盘效应是一种由于倾斜断层的不对称分布引起的几何效应, 因此进行地震动衰减分析时, 如果采用均方根距离作为观测点与断层之间的距离标准, 上下盘效应对近断层地震动的影响可以忽略.      

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

台湾集集地震近场地震动的上盘效应

1999年9月21日（当地时间）台湾集集7.6级地震是一个逆断层型地震．用回归分析法对台湾集集地震的加速度峰值数据进行分析，得出了这次地震的水平与垂直向的加速度峰值衰减关系．从残差分布上看，位于断层上盘和下盘上的加速度峰值与从衰减关系所得到的结果相比存在不同的系统偏差，断层上盘地表的加速度峰值较高，而下盘地表的加速度峰值较低．从这次地震的加速度峰值分布等值线图上也可以看出，加速度峰值的分布相对于断层呈现明显的不对称性，上盘衰减较慢而下盘衰减较快．在近断层强地面运动研究、地震危险性分析、设定地震研究与震害预测等工作中，应考虑可能地震的震源机制特点，以便使所用的衰减模型更能反映不同地震环境地区的地震动分布特征．      

日本北海道胆振东部MW6.6地震近断层地震动的上盘效应

上盘效应是近断层地震动的主要特性之一,而目前就上盘效应的定量研究较少。本文利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的近场强震动加速度记录,定量研究了北海道M_W6.6地震的上盘效应对地震动PGA、PGV和不同周期的加速度反应谱值空间分布和衰减特征的影响,探讨地震动上盘效应的特征及其影响范围,并将上、下盘观测结果与地震动预测经验模型进行对比。研究结果表明：(1)在断层距小于45 km时,此次北海道地震具有显著的上盘效应特征,断层上盘记录的PGA、PGV和加速度反应谱值明显大于下盘和中间区域的地震动观测值,且高于本次地震的平均值。上盘效应影响范围与震源破裂过程反演得到的断层尺度相吻合。(2)断层上盘的PGA观测值高于此次地震平均水平的对数偏差为0.61±0.16,这与1994年北岭地震和1999年集集地震等逆冲型地震的影响水平接近。上盘记录的PGV高于平均水平的对数偏差为0.39±0.12,即高于平均水平约35%。上盘观测地震动在周期T为0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 s时的加速度反应谱值高于平均水平的对数偏差分别为0.33±0.19、0.54±...     

利用谱元法研究震源参数对于近断层地震动上盘效应的影响

国内外已有诸多学者基于强震记录或数值模拟方法开展了近断层地震动的上盘效应分析,并获得了初步的认识,但上盘效应随震源参数的变化规律仍有待深入探讨。本文使用运动学有限断层震源模型,运用高精度谱元法模拟逆断层破裂模式下近断层区域地震动,对比上、下盘地震动差异进而分析近断层地震动上盘效应。通过改变单一震源参数,研究断层上界埋深、震级大小以及断层倾角对地震动上盘效应的影响规律。研究结果表明：（1）使用运动学有限断层震源的谱元法数值模拟可以较好地反映近断层上盘效应;（2）上盘效应随测点到断层上界在地表投影的水平距离Rx的增加先增大后减小,最终趋于稳定。（3）上盘效应随断层上界埋深的增加先增大后减小,且随着断层上界埋深的增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展。（4）上盘效应受矩震级影响较小,但总体随矩震级的增大而增大;上盘效应峰值区到断层破裂迹线的距离不随矩震级的变化而变化。（5）随着断层倾角的增加,上盘效应先增大后减小,当断层倾角为45°时上盘效应最为明显;随着断层倾角增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展;当断层倾角为90°时不存在上盘效应。     

芦山地震强地面运动频谱特征及致灾相关性分析

以芦山地震震中距100km内20个台站的60条原始强震记录为依据,采用零交法计算台站处三方向卓越周期,采用线性加速法计算台站处阻尼比为0.05的三方向反应谱,考察反应谱峰值周期、卓越周期和放大系数在各台站位置处的分布以及在断裂上、下盘的均值。通过研究发现:芦山地震动卓越周期、反应谱峰值周期和放大系数在各台站不同方向上的分量不同;各台站处反应谱的计算表明地震动具有上盘效应以及上盘衰减迅速的特征;地震动卓越周期在芦山地震震中100km的上、下盘上差别不大,其中上盘EW和UD向卓越周期均值略小于下盘,而上盘NS向均值略大于下盘,断裂两盘UD向卓越周期总体小于水平向,断裂两盘三方向卓越周期变化范围为0.013~0.275s;计算得到的放大系数表明80%台站NS向放大系数大于EW向,因此NS向放大系数较大可能是芦山地震诱发崩滑地质灾害的主要因素。     

近断层地震动加速度峰值衰减规律的研究

提出了近断层地面运动的衰减模型,对全球范围内6．0≤Mw≤7．6且震源深度均小于20km的636条地震动加速度峰值进行了统计分析,确定了本文研究的近断层区域为断层距25km,利用此范围内的440条记录进行了近断层加速度衰减规律的研究。水平地震记录分为硬土和软土两种场地类型,竖向地震记录只考虑土层场地,利用最小二乘法进行数据拟合分析,得到PGA随断层距和震源深度变化在不同震级处形成的衰减曲面,分析了近断层处水平、竖向的PGA以及竖向与水平PGA之比(V／H)的衰减规律。     

汶川Ms8.0地震灾害的非对称分布与成因分析

在汶川Ms8.0地震中,地震灾害在灾区相对于发震断层,呈现各种非对称分布.断层高角度逆冲诱发的崩塌、滑坡的规模与数量在断层上盘区远远高于断层下盘区,在垂直断层方向,高烈度区断层上盘宽度往往大于下盘宽度,上述不对称性反映了逆断层型地震存在加速度峰值的上盘效应;而在破裂的传播方向存在的地震波多普勒效应则造成沿长轴方向东北部...     

1999年台湾集集地震近断层竖向与水平反应谱比值的研究

选取了1999年9月21日台湾集集7.6级地震主震中68组断层距在20km以内的近断层台站记录和46组断层距在40~70km的东部台站记录,按台站的上下盘位置、场地条件和断层距分组,对其竖向和水平加速度反应谱比值V/H进行了统计分析。研究表明:1)断层的滑动方向和断层破裂的传播方向对断层距在3km以内的台站上的地面运动谱比值V/H有一定影响,且主要体现在中短周期范围内,例如平行断层方向的谱比值要比垂直断层方向的谱比值大。在下盘断层距3~20km的范围内,场地条件对V/H基本没有影响。2)在集集地震中长周期(>3s)部分的谱比值通常>32,且有一个较高的峰值,表明其竖向运动加速度中的长周期分量大于其它地震。3)对于下盘的台站,地面运动在短周期(<0.2s)段的谱比值不随断层距的增加而减少。与中远(>40km)距离的台站相比较,近断层台站的V/H在工程界关心的周期范围内普遍较大。4)场地条件对谱比值V/H的影响在近断层处不显著。在远离断层的东部台站上,硬土场地谱比值V/H在长周期段大于软土场地     

芦山7.0级地震近断层地震动的方向性

基于芦山7.0级地震中断层距小于100 km自由场台站的强震动记录观测数据,研究此次地震近断层地震动的方向性特性,并探讨方向性特性与震源破裂机制、断层距离和空间方位的关系.研究结果表明：（1）与距断层较远记录不同,近断层地震动在不同的观测方向上表现出显著的强度差异,存在明显的极大和极小作用方向.在不同的方向上,最大加速度反应可达最小值的4倍以上;（2）这种方向性差异在T=1.0 s以上的长周期段更为明显,在T=0.1 s以下的短周期段,地震动随方向变化的差异较小.地震动强度随方向变化的差异随周期增大而增大,不同方向上的加速度反应谱值的最大值与最小值之比从周期T=0.01 s时的约1.7增大到周期T=10 s时的约2.4;（3）在距离断层约35 km以内,地震动具有明显方向性,地震动卓越方向具有垂直断层走向的特征,随断层距的增大,这种方向性不明显.从不同方向上地震动强度的差异来看,随断层距增大,地震动强度在不同方向上的差异在减小,表现为各个周期的最大值/中值和最大值/最小值比值均随断层距离增大缓慢减小;（4）近断层地震动的方向性特性主要受断层上、下盘的相对运动所控制,其在长周期的卓越方向与水平同震位移方向一致,且该卓越方向上的地震动强度绝对大小与地震破裂造成的静态位移明显相关,表现为地震动强度随水平同震位移的增大而增大.     

汶川地震强震动地面倾斜研究

根据三分量强震动传感器水平摆和竖向摆对倾斜的动力响应差异,利用谱比法计算出汶川MS8.0地震中近断层强震动的断层法线方向和平行方向的同震地面倾斜. 结果表明, 本次地震中强震动观测台处地面倾斜一般小于1deg;,影响频段主要在0.1 Hz以下,发生较大倾斜的台站主要在距地表破裂迹线30 km以内,在100 km之外或水平向加速度幅值均方根在200 cm/s2以下时很少发生0.01deg;以上的同震地面倾斜．总体上看,上盘区域的倾斜值普遍小于下盘区域,法线方向倾斜值一般大于平行线方向倾斜值．位于前山断裂与中央断裂之间区域的绵竹清平台谱比较低但平缓且频带较宽,可能反应了该区域的运动特殊性,而汶川卧龙台则显示了上盘边缘区域地面倾斜较大．逆冲段与走滑段台站倾斜对比显示,地面倾斜可能受局部场地条件影响较大．      

近断层地震动速度、位移峰值衰减规律的研究

在全球范围内选取6．0≤Mw≤7．6、震源深度H≤20km且断层距df≤40km的地震动速度和位移峰值数据．进行分组统计分析,确定了PGV和PGD的近断层研究区域分别为20km和15km。认为两水平分量为2条独立数据,在各自研究区域分别得到由366条PGV和265条PGD数据组成的数据库;其中水平方向分为硬土和软土2类场地,竖向只考虑土层场地．利用作者前文已提出的近断层地震动衰减模型和最小二乘法进行数据拟合分析．得到PGV和PGD随断层距和震源深度变化的衰减曲面,分析了水平、竖向以及竖向与水平比值的衰减规律。     

断层附近地面地震动空间分布

运用震源位错模型, 分析矩形垂直断层及倾斜断层走向滑动和倾向滑动的近场地震动场，以地表地震动的傅立叶振幅谱比为参量考察断层附近地震动空间分布的特点. 结果表明, 断层附近的地震动强度主要受近旁子断层的控制，高强度的地震动分布在紧靠断层两侧有限的带状区域内，长周期分量受断层破裂传播方向性的影响. 走向滑动的方向性影响主要表现在垂直于断层走向的分量，倾向滑动则表现在平行于断层走向的分量，且深震在地面上引起的地震动强度分布比浅震要平缓，影响范围宽. 倾斜断层产生的地震动有明显的上盘效应，空间分布不对称，与观测结果相符. 最后给出了断层附近近场地震动强度分布拟合函数的表达式，并与美国的1997统一建筑规范规定的近场因子作了比较.      

2021年云南漾濞6.4级地震近场强震动特性分析

选用2021年云南漾濞6.4级地震强震动数据,经校正预处理后,对典型记录的幅值、反应谱和持时进行分析,得到此次地震的地震动特性。结果表明:（1）与我省烈度速报系统自动产出的仪器烈度分布以及实际震害情况相比,近场测点强震动数据所计算出的仪器烈度值与快速仪器烈度分布、现场实际情况基本吻合。（2）三个分量的PGA等值线形态分布大致相似,长轴均沿西北至东南向展开,逐渐衰减,且对于PGA,在近场震中距100 km以内,主震记录高于选用的衰减关系,一定程度上体现了此地震近场高频成分的卓越特性。（3）在震中附近100 km内,结合四个强震动测点距离震中的地理位置可知:随着震中距的增大,地震反应谱峰值周期也在逐渐增大,地震动的高频成分随着距离逐渐衰减。同时,破坏最为严重的区域主要集中在东南方向,其次为西南方向,东北方向基本不受震害影响。（4）此次地震呈中长持时特点,三个分向的持时随着震中距增大而逐渐增加,在震中距超过300 km处逐渐衰减,其中北南方向的持时衰减最快,竖直方向的持时衰减最慢。（5）研究主震地震动持时空间分布,持时受场地条件影响不大,地震破裂主要是沿西北到东南向的右旋走滑,长持时分布在破裂传播方向的东北侧,破裂传播的西北侧持时较短。同时,地震动持时受上盘效应的影响较弱, 在断层上盘和下盘的持时长度没有明显差别, 持时长度都接近拟合得到的平均值。在断层附近持时很小,平均在10s左右。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

专题简介

<正>近断层强地面运动特性与断层破裂尺度、断层面位错的发展过程、断层破裂速度、滑动方向以及观测点与断层的相对位置等因素密切相关。受复杂震源破裂过程影响,近断层地震动具有与远场地震动显著不同的特征,比如速度大脉冲、强极性、破裂方向性、滑冲效应和上盘效应等。世界范围内历次破坏性地震的震害经验表明,工程结构地震破坏和人员伤亡往往集中在靠近震源的近断层区域,这与近断层地震动的特殊性及其破坏作用密切相关。     

基于InSAR与GPS观测的汶川同震垂直形变场的获取

发震断层的形变是断层活动的重要参数之一,对认识断层性质、震源机理有重要作用。文中以逆冲性质为主的汶川地震为例,采用符合地表水平形变特征的Biharmonic样条插值对GPS水平形变矢量插值,然后再分解为EW和SN向分量。利用可靠的GPS观测值对InSAR参考点进行校正,统一两者的坐标系。通过对汶川地震视线向形变场剖面与GPS对比分析发现,断层上盘GPS与InSAR观测参考点相差9.93cm,而下盘则为-11.49cm。在此研究基础上,通过GPS水平形变场与InSAR视线向形变场联合解算,获取了汶川地震垂直连续形变场。结果表明,断层两侧垂直形变衰减较快,横跨断裂带形变量30cm的宽度不超过50km;沿发震断层附近垂直形变高值区分布不均匀,主要集中分布在发震断裂的汶川县城至都江堰段、茶坪—北川—南坝段和青川段。这3段各有特色,南段断层两侧垂直形变极不对称,主要以上盘剧烈抬升为主,最大抬升区域在映秀镇至连山坪一带,抬升量达到5.5m。中段表现为较强的反对称性,断层一侧抬升另一侧沉降。该段上盘最大抬升区域在茶坪东侧,抬升量为255cm,下盘最大沉降量在永庆,沉降量为-215cm。北端垂直形变相对较小,主要分布在青川北侧,呈对称分布,在发震断层最北端,最大抬升量为120cm。     

震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响.结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小.