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。     

不同类别场地地震震动反应分析

基于GB50011-2001建筑抗震设计规范划分的4类场地，设计了115个一维成层场地，计算模型用场地地震反应分析的等效线性化波动分析方法，对场地地震反应进行了计算，找出了4类分类场地条件对场地地震动影响的特点及规律。得出对于Ⅲ类、Ⅳ类场地，当计算基底输入幅值较大时，地震动长周期成分十分丰富，短周期成分少的结论。     

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.     

2021年日本福岛海域MW7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_W7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明：Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文...     

简论人造地震动的研究

为了满足工程研究的需要,而现有的地震记录在数量上又不满足要求,这就要求人们根据地震动的特性来模拟合成地震动。合成地震动的研究经过几十年的探索也取得了长足进步,综合考虑到震源物理过程,传播过程以及场地条件的模拟,结合工程实际进行目标反应谱的拟和。介绍了一些合成地震动的方法,对当今以及今后合成地震动的研究方向给出一个综述。     

不同类别场地地震动参数的计算分析

基于188个工程场地计算剖面及场地地震反应分析的等线性化波动分析方法，通过对场地地震反应的计算及计算结果的分析，研究了4类场地条件对场地地震动影响的特点及规律，给出了每一类场地地震动参数变化的经验关系。     

非平稳空间相关多点地震动合成方法研究

根据地震波的传播特点,在现有的非平稳空间相关多点地震动合成方法的基础上进行了改进。通过修正随机相位角,使生成的多点地震动在局部场地上具有收敛性。给出了未知和已知相位差谱统计规律2种情况下非平稳多点地震动的合成方法。进一步提出了基于实际地震纪录的空间相关多点地震动合成方法。这些方法可用于大尺度结构的多点输入分析。     

近断层地震动场预测——以长春市为例

断层带附近地震动场分布的研究,是当前地震工程领域研究的热点问题之一。近断层地震动场的分布对在断层附近进行抗震结构设计时,不仅是提供地震动输入,也是确定建设场地避让范围的重要依据之一。以区域地震构造背景分析、目标断层活动性鉴定、地震危险性评价为基础,结合断层探测结果,利用统计经验关系等最终确定发震断层,并建立相应的震源模型。采用显式有限元和并行计算技术计算目标区域场地的长周期地震动。利用有限断层随机合成的方法,计算高频地震动。将低频和高频地震动合成为目标区域内的宽频带地震动时程。对局部特殊场地条件地区,基于场地调查和勘探的数据,利用等效线性化等方法进行一维土层的非线性反应计算,给出这些特殊场地的宽频带地震动时程。最后,根据地震动时程获得设定地震发生时,目标区域的峰值加速度分布预测图和相应的反应谱。以长春市为例预测了在设定地震发生时,近断层地震动场的分布情况。当长春尖山子—卡伦断层发生6.0级地震时,潜在破坏性地震动的影响范围集中在附近,沿断层走向分布。加速度峰值沿断层垂直变化,主要为90 Gal～140 Gal。只是在长春市南部加速度峰值达到200 Gal。本研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

随着强震台网的密布及观测记录的增加,为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据,也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地,通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型,研究地震动特征,分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录,采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型,进行局部场地地震反应分析,预测该盲测场地的地表地震动特征,并与对应的实测强震记录结果进行对比,分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响,重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响,以期为地表地震动的合理预测提供参考。     

软土地基深开挖对场地设计地震动的影响

本文根据南京河西地区所处的地震地质环境、地震活动环境及基岩地震动衰减规律,在场址区地震危险性分析基础上确定该地区的基岩地震动参数,并选取河西地区某个典型工程场地,根据场地上的静、动力性能参数的测试结果,进行场地上层地震反应分析,研究软土地基条件下地基深开挖场地的地震动效应及其对场地设计地震动参数的影响．文中给出了设计基准期为５０年及１００年时对应不同抗震设防水准的设计地震动参数,该结果对河西地区其它高层建筑的抗震设计也有一定的参考价值．     

海底强震观测记录与地震动特性研究进展

随着海洋结构物的建设快速发展,为了解海底地震动相关特性,目前在建与已建成的海底强震台网逐年增加,得到的强震数据为海底地震动特性研究提供了重要资料。本文首先,统计了世界范围内现有海底强震台网的分布,并对强震台站信息及记录特点简要总结;其次,综述了基于海底强震记录以及数值计算等方法分析海底地震动特性的研究成果;并且,阐述了海底地震动在海洋工程中应用的研究现状;最后,基于现有研究成果,对海底地震动特性研究的前景进行讨论和展望。     

Testing the Validity of Simulated Strong Ground Motion from the Dynamic Rupture of a Finite Fault, by Using Empirical Equations

This paper is concerned with testing the validity of the ground motions estimated by combining a boundary integral equation method to simulate dynamic rupture along finite faults with a finite difference method to compute the subsequent wave propagation. The validation exercise is conducted by comparing the calculated ground motions at about 100 hypothetical stations surrounding the pure strike-slip and pure reverse faults with those estimated by recent ground motion estimation equations derived by regression analysis of observed strong-motion data. The validity of the ground motions with respect to their amplitude, frequency content and duration is examined. It is found that the numerical simulation method adopted leads to ground motions that are mainly compatible with the magnitude and distance dependence modelled by empirical equations but that the choice of a low stress drop leads to ground motions that are smaller than generally observed. In addition, the scatter in the simulated ground motions, for which a laterally homogeneous crust and standard rock site were used, is of the same order as the scatter in observed motions therefore, close to the fault, variations in source propagation likely contribute a significant proportion of the scatter in observed motions in comparison with travel-path and site effects.     

强地面运动随机模拟中的几个关键问题探讨

在数字观测资料基础上发展起来的地震动随机模拟方法,能较客观地把研究区的震源特性、传播路径影响和场地响应考虑进来,适用于缺乏强震记录的国家和地区。但在实际应用中,有不少关键问题尚未解决,其中,软基岩的场地响应是地震学家一直想解决但始终没有很好解决的问题;另外,厚覆盖土层的场地响应是工程上很关心的问题,由于资料和方法限制,研究工作做的很少;而强震的震源谱对地震动随机模拟结果影响显著,一直都是随机模拟方法的研究焦点。总之,这两个方面的3个问题都是地震动随机模拟方法应用中的“关键问题”,本文在大量的研究工作基础上,对这些关键问题提出一些探讨性的解决途径和方法。     

Modeling of spatially correlated,site-reflected,and nonstationary ground motions compatible with response spectrum

Seismic risk analysis and mitigation of spatially extended structures require the synthesis of spatially varying ground motions in the response history analysis of these structures. These synthetic motions are usually desired to be spatially correlated, site reflected, nonstationary, and compatible with target design response spectra. In this paper, a method is presented for simulating spatially varying ground motions considering the nonstationarity, local site effects, and compatibility of response spectra. The scheme for generating spatially varying and response spectra compatible ground motions is first established for spatial locations on the ground surface with varying site conditions. The design response spectrum is introduced as the “power” spectrum at the base rock. The site amplification approach is then derived based on the deterministic wave propagation theory, by assuming that the base rock motions consist of out-of-plane SH wave or in-plane combined P and SV waves propagating into the site with assumed incident angles, from which tri-directional spatial ground motions can be generated. The phase difference spectrum is employed to model ground motions exhibiting nonstationarity in both frequency and time domains with different site conditions. The proposed scheme is demonstrated with numerical examples.     

Simulation of broadband seismic ground motions at dam canyons by using a deterministic numerical approach

As a deterministic numerical approach for simulation of earthquake ground motions, the spectral element method (SEM) is applied to generate a broadband acceleration array for dam-canyons instead of the traditional empirical or stochastic methods. Specifically, the SEM analysis model with an extra fine mesh is used for the Pacoima Canyon to simulate the entire path starting from earthquake source rupture via the propagation medium to the local site. The source and the 3D earth model (velocity structure) are validated through the modeling of the Newhall earthquake on 28 October 2012 at a frequency of up to 8 Hz. Subsequently, the San Fernando earthquake records on 13 January 2001 are further used to study the effects of propagation path in simulation. Finally, the spatially varying ground motions at the Pacoima Canyon are obtained for different source mechanisms. The results show that the source mechanism and the local site topography significantly affect the distribution of the peak accelerations along the canyon.     

基于数值模拟的设定地震场地谱时程拟合方法

本文将确定性数值模拟方法与地震动预测方程相结合,提出了一种重大水电工程场址设定地震的地震动时程生成方法。该方法基于场址设定地震,首先采用地震动预测方程确定场址的场地相关反应谱;其次建立包含震源和场址的场地模型,通过确定性数值模拟方法生成场址地震动时程;最后对生成的场址地震动时程进行调整,使其反应谱与设计谱相一致,用于工程抗震分析。这一方法生成的地震动时程既考虑了震源机制、传播路径以及局部场地效应等物理背景,又与场地相关的设计地震反应谱保持一致,为重大工程抗震分析与评价提供了一种新的思路。     

准稳态地震动模拟和场地放大率的计算

本文讨论的是没有强震资料的地区在做地震动模拟时遇到的一些问题。模拟的地震动时程曲线基于统计的衰减数据,如地面加速度峰值或速度反应谱。由于这些数据并不包含有关地震频率成分的信息,要使用相同的统计反应谱对地震动可以随机模拟为稳态或准稳态的设想加以证明。     

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。     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

Simulation of spatially varying ground motions including incoherence,wave‐passage and differential site‐response effects

A method is presented for simulating arrays of spatially varying ground motions, incorporating the effects of incoherence, wave passage, and differential site response. Non‐stationarity is accounted for by considering the motions as consisting of stationary segments. Two approaches are developed. In the first, simulated motions are consistent with the power spectral densities of a segmented recorded motion and are characterized by uniform variability at all locations. Uniform variability in the array of ground motions is essential when synthetic motions are used for statistical analysis of the response of multiply‐supported structures. In the second approach, simulated motions are conditioned on the segmented record itself and exhibit increasing variance with distance from the site of the observation. For both approaches, example simulated motions are presented for an existing bridge model employing two alternatives for modeling the local soil response: i) idealizing each soil‐column as a single‐degree‐of‐freedom oscillator, and ii) employing the theory of vertical wave propagation in a single soil layer over bedrock. The selection of parameters in the simulation procedure and their effects on the characteristics of the generated motions are discussed. The method is validated by comparing statistical characteristics of the synthetic motions with target theoretical models. Response spectra of the simulated motions at each support are also examined. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.