昆明地区剪切波速测试误差及其对反应谱影响初步研究

昆明是我国西部地区的重要城市。由于地震频发、地质条件复杂,昆明已经被我国列为重点抗震设防城市。昆明已经于2006年完成了整个城市的地震安评工作。为了进一步完善地震安评工作,本文对地震安评的必备参数——剪切波速进行了测试误差专项研究。为了保证实验精度,研究人员邀请了昆明地区7家测试单位对实验钻孔进行测试并要求这些单位提供了原始的波列图。依据现场的单孔法剪切波速实验结果,本文运用统计学基本原理给出了昆明地区的测试误差,用SHAKE2000软件计算研究了108个工况下的不同程度测试误差对地表加速度反应谱和PGA的影响,得到了如下结论:实测结果表明,0至40 m内昆明地区剪切波速测试误差不随深度发生明显改变,误差的标准差平均为8%,最大误差不超过20%;反应谱和PGA的变化程度随波速测试误差程度增加而增加;波速误差在1倍标准差内时,反应谱峰值部分变化小于20%;在波速取极值时,峰值部分变化可能超过40%;输入的地震动不同,反应谱和PGA的变化规律有明显的差异。输入波频率成分与场地频率成分接近的的地震动时,当波速测试误差变大时,反应谱和PGA的变化更明显。由于工作条件限制,本文只选取了一个昆明地区的实验场地,还需要丰富现场实验资料以构建更全面的波速测试误差分布规律,同时还需要计算研究更多工况下剪切波速测试误差对相关参数的影响。     

浅硬场地剪切波速测试标准差对地震动影响初探

采用Shake 2000程序,以Turkey Flat试验场地为模型,通过输入不同类型下多种强度的地震波,计算研究多工况下剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱和峰值加速度的影响。结论为:(1)浅硬场地上剪切波速测试标准差对地震动的影响很大,影响程度与输入地震波的强度和频率以及场地剪切波速计算值有关;(2)如果将反应谱残差大于20%或加速度峰值差别大于20%定义为统计意义上的不可忽略,那么剪切波速测试标准差对计算结果的影响在大多数情况下均不可忽略;(3)当输入波的卓越周期与场地特征周期接近时,浅硬场地上剪切波速测试标准差引起的反应谱变化非常显著;(4)只有当输入波的卓越周期与场地特征周期相差较大且输入波强度偏小时,剪切波速测试标准差引起的反应谱变化才可略去;(5)当浅硬场地上剪切波速实测结果低于统计均值时,地震动计算结果的偏差一般明显大于剪切波速实测结果,高于统计均值时引起的偏差,且地震输入越强表现越明显。     

现场剪切波速测试误差及其对地震动影响研究

剪切波速是建筑工程场地上岩土体介质的一个重要参数。由于其数据结果直观、现场实验简单易行,剪切波速在工程中得到了广泛的应用。对任何一个物理量,测试结果均存在着一定程度的偏差。长期以来,无论专家学者还是工程技术人员,对剪切波速测试结果的可靠性均心存疑虑,希望能够早日了解掌握客观情况,以便制订相关标准进而改进技术。由于剪切波速测试不是一个孤立的量,对地震工程而言,现场剪切波速测试误差直接影响了地震动计算结果。这一结果涉及地震小区划和工程场地地震安全性评价工作。目前,还缺乏对剪切波速测试误差的实测结果,相关工作还无法开展。基于以上原因,本文围绕剪切波速测试误差专项实验展开,对现场剪切波速测试误差及其对震动的影响进行了研究,旨在为评价波速测试误差和确定其对地震动的影响提供依据。首先,本文介绍了剪切波速测试误差及其对地震动影响的研究现状,评述了相关工作的研究进展。目前,对剪切波速测试误差的研究还停留在对波速与深度关系进行拟合的层面上,还缺乏专门的波速测试误差专项实验。对于现场剪切波速测试误差对地震动的影响研究则主要集中在假设波速变化的定性分析上。本文的研究内容填补了国内外波速测试误差研究的空白,提出用专项实验结果来研究现场剪切波速测试误差并研究其影响。其次,本文设计了剪切波速测试误差专项实验并通过实验获得了波速测试误差的初步分布。通过对国内8个地区20个专项实验场地的测试,给出了涵盖4类工程场地的剪切波速测试误差测试结果,证明了波速测试误差客观存在。实验结果表明,噪音是影响波速测试误差的首要因素。再次,本文对剪切波速测试误差进行了分布拟合并进行了验证,论证了剪切波速测试误差的分布符合标准正态分布。通过将每一类场地的波速测试误差进行整合,本文将波速值的偏差变成了无量纲的测试误差百分比,这一结果就将具体场地的波速测试误差结果推广到所有一、二、三、四类场地。研究表明:波速测试误差的标准差约为15%,结合标准正态分布的性质,本文认为,约38%的测试结果精度较高,约68%的测试结果较为可靠。然后,本文利用专项实验结果采用一维等效线性化土层反应分析程序,研究了波速测试误差对加速度反应谱的影响。通过2 160组工况的计算结果,本文总结了剪切波速测试误差对反应谱的影响规律。研究表明:剪切波速测试误差对加速度反应谱有影响,影响程度主要由波速测试误差程度、场地类别和输入的地震波决定。剪切波速测试误差引起的加速度反应谱偏差程度与输入的地震动强度基本无关,只与波速测试误差的大小有关。当输入的地震波周期成分与场地卓越周期相近时,场地易发生共振,波速测试误差引起的反应谱变化明显。最后,本文结合波速测试误差的正态分布特性讨论了不同概率水平下,波速测试误差对地震动的影响程度。本文认为,用PGA和SI作为指标讨论影响程度是合理的。PGA值的变化准确描述了场地最大响应的变化,而SI则代表了能量的变化。研究表明:如果以PGA变化20%为标准,那么均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对PGA基本没有影响,结合波速测试误差的分布进行分析,可以认为,38%的波速测试结果对PGA没有影响,其余62%的波速测试结果对PGA是否有影响,需要结合场地条件和地震波进行分析。均值0.5倍波速测试误差范围内的波速测试误差对造成的SI偏差基本都在5%以内。本文的结语部分对工作进行了总结,指出了现有工作的不足之处和未来工作的重点。     

基于蒙特卡洛方法的剪切波速误差影响分析

场地土层剪切波速测试不可避免会存在误差,误差达30%左右。目前,在对剪切波速误差对土层地震反应计算影响的研究中,设计波速误差或者设计土层模型的方式偏于理想化。为更接近现实情况,本文基于实测土层模型,用蒙特卡洛方法研究剪切波速误差对土层地震反应计算结果的影响。本文搜集并建立了均匀分布在山东地区的132个场地计算模型,涵盖了山东境内分布广泛的Ⅱ类场地和Ⅲ类场地。根据蒙特卡洛随机模拟原理,对每一场地计算模型,在实测剪切波速值30%的偏差范围内随机生成100组剪切波速值,分别进行土层地震反应计算,分析反应谱值、反应谱平台值和特征周期的变化。研究表明,30%以内的随机波速误差会导致某些周期处的反应谱的变化达30%以上,其对反应谱平台值最大的影响大多在10%~50%之间,对Ⅱ类场地特征周期的最大影响大多在0~50%之间,对Ⅲ类场地特征周期的最大影响大多在20%~90%之间。     

浅硬场地剪切波速变异性对结构地震输入的影响

场地对地面结构地震动力的输入分析有决定性影响。本文用Shake 2000程序计算并讨论了浅硬场地多工况下剪切波速变化对不同周期结构动力响应的影响,主要结论如下:浅硬场地剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱的影响很大,影响程度与输入地震动的强度、频率和剪切波速有关;剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱的影响在大多数情况下不可忽略;对于不同周期的结构,剪切波速变化对短周期和1s周期的影响程度与地表加速度反应谱峰值略有不同;场地剪切波速减小对反应谱的影响明显大于波速增大时的影响;浅硬场地波速标准差对短周期的影响基本不可忽略,对1 s周期的影响则可以忽略;随地震动强度增加,剪切波速的减小对反应谱短周期的影响程度加大。     

温州深软场地剪切波速实测误差及其对PGA影响研究

该研究在温州两个深软土层场地上完成了剪切波速测试误差专项实验,统计拟合了误差分布规律并研究了其对PGA的影响,得到结论:每米深度上的实测误差基本符合标准正态分布,温州地区深软场地的测试误差与我国其他几个地区覆盖土层较浅场地上的每米实测误差程度基本相同;两个场地上各深度的误差标准差大致相同,约为16%;实测误差对PGA影响明显,误差取1倍标准差时PGA的变化程度可能达到30%,取2倍标准差时可能高达45%;PGA的变化程度受输入地震动的频率特性制约,长周期频率成分对深软场地计算结果的影响明显。     

波速原位测试结果标准差对较深软场地地震反应谱影响初探

波速测试结果在工程上的应用越来越重要,但波速测试结果的不确定性一直影响着抗震设计。为了准确地描述这一不确定性,对较深软场地的地震响应进行了计算。采用Shake 2000程序,通过输入不同类型的多种强度的地震波,研究了较深软场地的多种工况下剪切波速测试标准差对地表加速度反应谱和峰值加速度的影响。结果表明,较深软场地上的波速测试标准差对场地的加速度反应谱和峰值加速度基本没有影响;不同地震强度下的反应谱和峰值加速度的变化,基本可以忽略。随着波速测试数据量的增加,本文研究结果还有待进一步的深入与完善。     

剪切波速不确定性对地表反应谱平台值的影响

剪切波速不确定性对场地地震反应具有显著的影响。基于不同场地类别的228个实际工程场地剖面,采用一维等效线性化波动分析程序LSSRLI-1。研究了不同地震动输入下土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响;提出了用地表反应谱平台值变化率表征剪切波速的不确定性引起的地表反应谱平台值的相对改变量;建立了地表反应谱平台值变化率与剪切波速变异率之间的函数关系;建议了考虑土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值影响的修正公式,并给出了相应的修正系数,所得到的成果为工程抗震设计定量考虑剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响提供了科学依据。     

控制性深孔地震输入界面位置的确定方法和影响研究

探讨了在工程场地地震安全性评价的地震反应分析模型中,江苏省盐城地区部分工程场地内深度超过100m时剪切波速仍小于500m/s的控制性深孔,采用近似估算方法弥补所缺波速值和确定地震输入界面后,进行波速值和地震输入界面位置的不确定性对工程场地地震反应的影响研究,包括地表地震动峰值加速度和反应谱特征周期等,为其他地区控制性深孔的地震输入界面位置的确定方法和影响研究提供参考。     

输入地震动相位特性对不同类别场地土层地震反应影响

以某Ⅷ度设防区基岩场地地震危险性计算为基础,拟合不同随机相位的人造地震动时程作为输入,采用一维等效线性化方法,计算了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类典型场地的土层地表地震反应。结果表明:(1)在不同地震动强度、不同随机相位基岩时程输入条件下,对不同类型场地土层地震反应计算得到的地表加速度峰值和反应谱值相对极差差别较大,地震动相位特征对土层地震反应的影响不可忽略;在反应谱特征周期2.0 s内,地表峰值和反应谱值变异系数随输入地震动强度的增大有增大趋势;(2)采用统计学方法计算给出了不同场地类别的基岩输入随机相位样本时程的必要数量,不同场地类别不同地震强度输入条件下所需要的最少样本量不同。在输入地震动强度不大(PGA0.20 g)且满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,不同类别场地至少需要15组不同随机相位的基岩时程,基本能满足均值统计要求;在输入地震动强度较大(PGA≥0.20 g),满足反应谱变异系数在均值加1倍标准差范围内时,至少需要30组不同随机相位的基岩时程,才能满足均值统计要求。     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

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Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.