近断层速度脉冲地震动的三维有限差分模拟

根据台湾西部地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的研究成果，建立三维速度结构模型和震源模型，并采用三维有限差分法对双冬断层可能产生的近断层脉冲型地震动进行数值模拟。结果表明，方向性效应引起的双向速度脉冲集中在垂直于断层滑动分量的方向上，而滑冲效应引起的单向速度脉冲则集中在平行于断层滑动分量的方向上。受方向性效应和上盘效应的共同调制，近断层脉冲型地震动反映出不对称带状分布的特征，速度脉冲主要分布在距离断层面约10 km的范围内。凹凸体的特性影响着地震动的时空分布，由地震波场显示南投和台中处于强地震动危险区。近场脉冲型地震动的研究对分析速度脉冲形成机理以及地震危险性有一定的参考意义。     

集集地震近断层速度脉冲分析

初步分析了近断层速度脉冲的成因和特点,主要包括方向性效应、滑冲效应和上盘效应,并通过集集地震中27个近断层强震台的脉冲记录分析了断层破裂方向和滑移大小对地面运动峰值速度的影响。采用最小二乘法对速度脉冲的分布范围进行了回归分析,大于50 cm/s的速度脉冲主要聚集在断层距为10 km的近断层区域。对不同区域的三分量平均速度反应谱进行统计分析,表明近断层脉冲型地震动具有较大的特征周期和谱值,其中在垂直于断层走向的水平分量上尤为显著,这与断层剪切位错辐射效应的特征基本相符。针对脉冲型地震造成近断层地质灾害频发的现象,由共振效应分析了速度脉冲对边坡岩体的影响。近断层速度脉冲的研究可能对防震减灾、地震预警、震害评估有一定的参考意义。     

近断层脉冲型地震动的模拟方法

近断层地震动的向前方向性效应和永久地面位移效应导致其速度时程表现为长周期、大峰值的速度脉冲，其位移时程表现为阶跃型脉冲. 针对这些特点，同时考虑向前方向性效应和永久地面位移效应，提出了一种简单的、连续函数形式表达的等效速度脉冲模型. 在该模型中，包含描述速度脉冲周期、峰值和形状的5个待定参数，方便了实际脉冲型地震记录的拟合及模拟. 等效速度脉冲模型只包含单一的频率成分，不能反映脉冲型地震记录的高频成分. 根据对11次地震28条地震记录的分析， 速度脉冲的频率一般小于1Hz. 因此， 在模拟脉冲型地震记录的方法中，分别模拟低频脉冲成分和高频成分，并将两者叠加生成近断层脉冲型地震动的模拟时程.      

近断层地震动等效速度脉冲研究

近断层地震动对地表结构物造成严重的破坏，它具有明显的方向性和脉冲型特征. 在速度时程中含有大幅值、长周期的脉冲波，对结构响应影响很大. 为简化计算和分析的需要，在既有的等效速度脉冲模型的基础上，建议了较为合理等效速度脉冲模型. 在充分收集脉冲型近断层地震记录的基础上，对等效速度脉冲模型的脉冲周期、脉冲强度及卓越脉冲数等参数进行了研究，并与以往研究者的结果进行比较，以利于近断层区结构的抗震设计.      

台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟

根据我国台湾地区西部的地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的震源参数，建立了三维速度结构模型和两类震源模型。基于地壳中断层的位错积累量和岩石破裂后应力应变的传播特性，采用三维有限差分法对双冬断层活动可能产生的近场脉冲型地震动进行了模拟研究。结果表明:走滑断层垂直于断层走向的水平分量和逆断层垂直分量的峰值速度较大；由方向性效应所产生的双向速度脉冲主要集中在垂直于断层滑动分量方向，而由滑冲效应所产生的单向速度脉冲则主要集中在平行于断层滑动分量的方向；受方向性效应和上盘效应的共同制约，近场脉冲型地震动呈不对称带状分布，速度脉冲多分布在距离走滑断层迹线15 km和逆断层迹线10 km的范围内；速度反应谱在断层面的覆盖范围内沿破裂方向逐渐增大，且速度脉冲可能会对大型建筑物产生严重的剪切破坏。受凹凸体特性的影响，地震波场显示南投、台中和苗栗处于强地震动危险区。      

由近断层强震记录得到的断层位错过程对管道的影响分析

在近些年的几次大地震中,例如,汶川地震和集集地震等,获得了不少近断层乃至断层上的加速度强震记录.这些近断层加速度强震记录对研究近断层的地震动特征(如速度脉冲、方向性效应)、震源机制等具有重要的意义.通过对断层附近的加速度记录进行2次积分,并经过适当基线校正后得到断层位错时程,发现其位移峰值往往大于断层的永久位移量.而目前埋地管道在断层位错下的反应分析方法一般直接输入的是断层的永久位移量.     

近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

近震源破裂过程反演研究

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程. 为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型. 反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6~27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处. (2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当. 标量地震矩为7.76×10²⁰牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩. (3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速. 起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生. 最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,同时将汶川地震的速度脉冲与集集地震和Northridge地震进行对比,利用NGA数据库24次地震事件中的3 615条记录,选取出典型的脉冲型记录作为统计分析的基础数据,研究地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.     

近震源地震波波形资料反演震源破裂过程的可靠性分析

用近震源波形资料拟合反演地震的震源破裂过程,所包含的一些不确定因素将对反演结果的精度及可靠性产生影响,文中的数值实验分析了所假定的反演断层模型参数的某些不确定性对反演结果的影响程度,并对观测波形的截取长度对反演精度的影响进行了讨论．结果表明：(1)近震源地震波形资料能较好地分辨断层浅部的破裂过程.然而对断层深部的位错分布的约束和反演能力较差．联合使用近、远场地震波资料进行反演,能反演出一个更为完全的整个断层破裂过程的图像.(2)用近震源地震波资料反演时,反演结果对所假定的反演断层的走向和倾角非常敏感.断层走向偏离真实值2°或倾角偏离真实值5°都会导致一个虚假的反演结果.(3)反演中所使用的介质速度结构模型的不确定性,也会对反演结果产生影响.     

地表破裂断层近场速度大脉冲研究

在分析和研究近场强震记录的基础上,对地面运动速度大脉冲进行了数值模拟。研究结果表明：有速度大脉冲的地面运动主要产生在断层周围。是地震发生时断层两盘突然错动在周围场地产生的特殊运动效应,单耳速度大脉冲常伴随有较大的地面永久位移,双耳或多耳速度脉冲常对应于位移大脉冲及可恢复位移,其产生机理与断层的破裂速度关系不大,与断层两盘的位移量有直接关系。速度大脉冲对近断层的长周期结构作用显著,值得研究。     

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

2013年四川芦山MS7.0地震近断层强地面运动模拟及烈度分布估计

2013年4月20日在我国四川省发生了芦山M_S7.0地震,地震给当地群众的生命财产安全带来了巨大的损失,其中最严重的破坏发生在震中附近的芦山、宝兴等地区.根据地震发生的快速反演结果,及发震断层面上滑动位移的分布情况,构建有限断层模型,对近断层区域的强地面运动进行初步计算,并基于强地面运动的模拟结果给出震区烈度分布的初步估计.模拟结果显示：模拟烈度图显示极震区的烈度在IX级左右,VI级烈度影响范围大致为16000 km²,该结果与中国地震局于4月27日给出的震区实测烈度图一致程度较高.强烈地震发生后,基于近断层强地面运动模拟计算的结果,可以给出相对合理的地震烈度分布情况估计,对震区震情判定及救灾工作具备较高的现实意义.     

Effect of source parameters on forward-directivity velocity pulse for vertical strike slip fault in half space

It has been found that the large velocity pulse is one of the most important characteristics of near-fault strong ground motions. Some statistical relationships between pulse period and the moment magnitude for near-fault strong ground motions have been established by Somerville （1998）; Alavi and Krawinkler （2000）; and Mavroeidis and Papageorgiou （2003）, where no variety of rupture velocity, fault depth, and fault distance, etc. were considered. Since near-fault ground motions are significantly influenced by the rupture process and source parameters, the effects of some source parameters on the amplitude and the period ofa forward-directivity velocity pulse in a half space are analyzed by the finite difference method combined with the kinematic source model in this paper. The study shows that the rupture velocity, fault depth, position of the initial rupture point and distribution of asperities are the most important parameters to the velocity pulse. Generally, the pulse period decreases and the pulse amplitude increases as the rupture velocity increases for shallow crustal earthquakes. In a definite region besides the fault trace, the pulse period increases as the fault depth increases. For a uniform strike slip fault, rupture initiating from one end of a fault and propagating to the other always generates a higher pulse amplitude and longer pulse period than in other cases.     

Simulation method of near-fault pulse-type ground motion

Introduction With the development of the economy of China, it is possible to build large-span bridges, pipelines, dams and other lifeline structures in the seismically active regions or through the active faults. In addition, some isolated and energy diss…     

强震下斜交桥地震反应与减隔震性能分析

针对斜交桥在破坏性地震中发生破坏和损伤的突出问题,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行隔震和滞回耗能。基于OpenSees平台建立了不同斜度的传统非隔震和全桥采用LRB隔震的4跨斜交连续梁桥动力分析模型,沿2个水平方向输入远场地震动和具有向前方向性效应、滑冲效应以及无速度脉冲效应的近断层地震动,并进行非线性时程计算,研究桥墩和挡块的损伤状态、主梁旋转度、碰撞力与斜交桥斜度的关系以及LRB对斜交桥抗震性能的影响。结果表明:向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型地震动作用下的斜交桥地震反应和损伤明显大于无速度脉冲近断层和远场地震动作用; 采用LRB隔震后,明显降低了固定墩的地震损伤,桥墩位移减震率可达到50%以上; LRB隔震桥主梁与挡块的间隙宜结合桥梁的地震风险和设计位移进行确定。     

Study on equivalent velocity pulse of nearfault ground motions

Introduction By analyzing earthquake motions, we could find that earthquake motions near the causativefault have two characteristics. One is the remarkable directivity effect. The amplitude of thefault-normal component is larger than that of the fault-parallel one; the other is obvious pulse mo-tions. Bertero, et al (1977) studied the earthquake records of the 1971 San Fernando earthquake.They first pointed out that some ground motions recorded near the causative fault is characterizedb…