改进的标准化累积绝对速度及其在高速铁路地震报警应用中阈值的确定

为降低无破坏性的近震小震对高速铁路地震报警的干扰,本文引入改进的标准化累积绝对速度作为报警参数,研究基于改进的标准化累积绝对速度地震报警阈值计算方法。通过建立车轨模型,分析不同周期横向简谐波作用下的列车安全运行极限状态,得出不同车速下改进的标准化累积绝对速度的起算阈值。参照标准化累积绝对速度CAV_STD计算公式,给出不同车速下改进的标准化累积绝对速度计算公式,并计算不同时速下列车分别在6条不同场地地震波作用下改进的标准化累积绝对速度报警阈值。     

震中距100°左右地震震相特征分析

震中距100°左右的地震,位于远震与极远震之间,特征既像远震又像极远震,震相较难分析。为了提高对该震中距地震的速报能力,对山西省地震局太原基准地震台记录的该震中距的地震事件进行了分析,总结了其震相特征及规律。     

鹤岗地震台阵地震波形特征分析

为了提高我国微小地震监测能力,"一带一路"项目拟在黑龙江鹤岗地区建设地震台阵。在2019年8月4日至9月4日,鹤岗地震台阵监测到部分近震及远震,与黑龙江省鹤岗地震台观测数据进行对比分析,得到以下结果：与鹤岗地震台相比,鹤岗地震台阵对近震及区域性地震的监测能力较高,对远震和极远震的监测范围较大,记录完整的地震个数更多,整体背景噪声更小,地震波形质量更高,定位更精确,提高了区域地震监测能力。     

简易远震警报器的制作与使用

本文介绍了一款位移触发远震警报器的制作方法与使用情况,由此提高了速报地震的报警率,有效减少了台站在地震速报中的晚报、漏报现象。     

地震台站标准化中地震计防震加固装置试验分析

本文根据地震观测台站标准化对地震计等专业设备开展防震加固的要求, 对地震传感器加装防震装置后开展振动台测试与台站观测数据一致性分析。 振动台测试结果表明在振动台面出现PGA大于103.2 cm·s^-2时, 地震计出现了明显位移现象, 因此, 建议地处场地烈度大于Ⅶ度区台站地震计须加装防震装置; 我们采用平方相干方式对台站观测数据进行一致性分析, 通过频域与时域对近震和远震记录进行对比, 发现加装防震装置与未加防震装置地震计系统一致性无明显差异。     

高速铁路车-桥耦合体系地震响应分析及报警阈值研究

高铁是国民经济大动脉的重要组成部分,运输业的生力军。"十二五"规划中将铁路运输安全放在十分重要的位置,并明确提出"大规模发展具有运能大、安全舒适、全天候运输、环境友好和可持续性等优势的高速铁路"的重要目标。由于我国地震频发,地震灾害对我国的高铁网络构成了严重的威胁,而目前我国高速铁路线路中桥梁所占的比例已经超过了50%,地震发生时列车运行在桥上的概率增大,因此,考虑车-桥耦合作用的高铁列车地震安全性评价和地震报警阈值研究有待于进一步加以推进。我国高铁地震报警和紧急处置系统的研究和示范工程建设才刚刚起步,目前系统尚未得到真实地震的检验,经验积累较少,所采用的一些技术参数,如报警阈值等的合理性有待于进一步研究论证,需要解决的一些关键问题有:(1)合理的车-桥耦合模型的构建;(2)车-桥耦合体系地震响应的分析;(3)基于中国高速铁路轨道谱的高铁列车地震安全性评价;(4)确定合理的高铁列车地震报警阈值。本文主要针对以上几个关键问题开展研究工作,主要研究内容和成果如下:(1)模型研究。基于现有基础调研资料确定列车模型和桥梁模型具体参数以及车-桥耦合接触关系。通过弹簧和阻尼器建立桥梁与轨道、轨道与列车之间的连接,建立了高铁列车-高架桥耦合有限元模型,通过车-桥耦合动力特性分析验证模型的合理性。轮轨接触力基于空间动态轮轨关系求解:基于非线性赫兹接触理论计算轮轨法向力,基于Kalker线性理论计算轮轨蠕滑力,再通过Hedrick-Elkinss理论对计算结果进行非线性修正。(2)车-桥耦合地震响应分析。选取典型地震动加速度时程作为外部激励,对车-桥耦合体系地震响应进行分析研究,得到车-桥耦合体系桥面加速度响应放大系数,研究地震频谱特性对桥面地震响应的影响规律。同时建立不考虑高铁列车的等跨单桥模型,对其进行地震响应分析,与车-桥耦合模型计算结果进行对比分析。结果表明,车-桥耦合模型与单桥模型动力特性和地震响应存在一定的差异,在高铁桥梁地震响应分析中,考虑车-桥耦合是必要的。(3)高铁列车地震响应分析。以计算得到的车-桥耦合体系桥面加速度时程作为输入,同时分别采用中、德轨道不平顺样本作为内部激励,基于车-轨耦合动力分析理论,对高铁列车地震反应进行计算分析,得到列车的动力响应值,包括列车的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等,并对比规范中该三项指标限值,对高铁列车地震安全性进行评价。结果表明,基于中国轨道谱计算得到的地震作用下列车安全性三项指标值与按照德国谱计算得到的结果差异较大,采用德国谱计算得到列车安全性评价三项指标值均大于中国谱,较中国谱偏于保守。(4)高铁列车地震报警阈值研究。选取不同频谱特性的典型地震动记录,通过调整地震动峰值进行大量计算分析,基于高铁列车安全性三项指标求解得到不同车速下允许的地震动强度限值曲线,对全部地震动记录对应的限值曲线进行包络取值,得到最小包络限值曲线,对其进行适当简化,最终给出不同车速下高速铁路列车地震紧急处置系统的报警阈值建议值和简化公式。研究结果表明,考虑高速铁路轨道谱,采用德国谱比中国谱得到的地震报警阈阈值小。由于德国谱目前在国内应用较为广泛和成熟,有必要进一步验证中国高速铁路轨道谱的合理性与可行性,并应用于实际工程。     

鹤岗地震台阵勘选记录信号及噪声的相关性分析

基于2019年中国地震局"一带一路"鹤岗地震台阵勘选资料,分析了勘选测点记录的近震Pg震相和远震P波震相在时间域和频率域的相关性。时间域相关分析结果显示,鹤岗地震台阵场地对近震Pg震相和远震P波震相的最佳监测距离分别约为550 m和1 570 m;频率域相干分析显示,监测远震P波信号的最佳距离约1 570 m,与时间域分析结果一致;近震和远震的最佳监测距离分别对应勘选台阵最内圆和最外圆半径,可作为该台阵布局设计的依据。台阵增益分析显示,勘选台阵对于Pg和P波震相识别具有一定增强作用。     

井下、地表地震计记录波形对比——以松原地震台为例

分析了相邻井下、地表地震计记录的背景噪声及近震、远震波形特征,以及相关的振幅谱及近震、远震接收函数波形特征。结果表明,井下地震计记录的背景噪声比地表地震计小1个数量级,其近震、远震波形记录较清晰、简洁;井下、地表地震计记录的远震振幅谱和径向接收函数具有较好的一致性,但背景噪声、近震振幅谱、近震接收函数、远震切向接收函数波形存在一定差异;由地表地震计得到的近震震级比井下地震计的大0.12,地表地震计到井下地震计之间的P波速度约为2 km/s。     

震源机制和场地条件在河北地震影响场判定中的应用研究

震后应急工作中地震影响场的判定和快速给出较为合理的地震烈度分布图,是震后应急救援的重要依据,对于政府了解灾情、部署工作以及估算灾害损失都尤为重要,所以本文以此为研究目的,力求震后快速给出准确的地震烈度分布图。本文收集整理了河北地区中强地震的实际等震线图,将其与加入了震源机制解影响参数的烈度衰减关系计算得到的理论等震线图进行对比。结果显示:随着震级的增大,由衰减关系计算得到的等震线图与实际地震等震线图在高烈度区（≥Ⅶ度）相似度更高。另外,根据震后24小时内余震频度的空间变化,对极震区理论等震线修正后,其与实际等震线更加贴合,即理论计算烈度与实际调查烈度值更加接近。最后,对河北地区划分网格,根据地震动衰减关系计算震例对各个网格中心点产生的影响—基岩PGA。提取场地类别属性,考虑场地放大因子,完成基岩PGA到地表PGA的转换。将地表PGA换算成烈度,并与实际地震等震线图进行对比分析。结果表明,考虑了场地放大效应的地震影响场在高烈度区与实际等震线相似度很高,且相似度超过基于震源机制解的烈度衰减关系方法。      

短周期仪器记录在远震分析中的应用

地震泼由多种频率成份组成,在其传播过程中。由于地球介质的滤波作用,随着传播距离的增大。高频成份逐渐被衰减。周期越大的成份传播越远。因此,在地震观测上,不同频带的地震仪用于观测不同震中距范围的地震,使仪器较好地响应,就我国台网而言,短周期仪用于地方震、近震的监测,中长周期仪和长周期仪用于远震,极远震的监测,其中长周期仪偏重于记录极远震。但作者在实际分析工作中注意到,短周期仪的记录应用于远震,极远震的分析,显示出独特的作用,充分挖掘和利用短仪资料,将会更加丰富远震、极远震的震相资料。本文以高台地震台的资料为依据,从震中距和震级角度,与中长仪和长仪作比较,对短仪记录远震、极远震的震相及特征作了统计分析与初步探讨,并对新疆地区“影区”地震S波的记录、日本地区地震_PPcP等震相的出现提出了现象的存在,给出了相应的观测结果,以待步一步研究。     

高速铁路列车噪声监测

通过对地震发生时铁路采取的应急处置措施和我国高速铁路地震监测系统现状的分析,提出建设铁路地震监测预警系统的必要性.为确定地震监测预警台站,研究在高速铁路沿线布置台站的技术方案,特在汉宜高速铁路进行列车通过噪声试验,采集列车通过测点引起的振动数据,探讨列车通过的最大振动加速度和测点与铁路正线距离之间的衰减关系.利用统计分析方法分析最大振动加速度和距离之间的衰减关系.利用频域分析方法设置低通滤波器,对列车引起的振动数据进行滤波,进一步减少列车对台站监测预警数据的影响,所提出的衰减关系及数据初步处理方法对高速铁路地震监测预警台站选取和建设具有指导意义.     

云南鲁甸Ms6.5级地震罕见大峰值记录时-频反应谱分析

2014年云南鲁甸M_s6.5地震龙头山台站记录到东西向峰值加速度948.50 Gal的罕见大峰值记录（简称"龙头山EW记录"）,震中烈度高达Ⅸ度,而震中距大于10 km以后,峰值加速度和烈度均迅速减小。为研究这一现象,利用时-频反应谱对震中距45 km以内的6个台站记录进行了时频特性分析,发现龙头山EW记录幅值区域相对集中且谱值很大,沿持时轴连续分布两个幅值带,高频和低频成分均远大于其拓展设计反应谱,据此设计的自振周期处于0.4~0.8s的结构将遭受严重累积破坏。另外5个台站时-频反应谱值小且覆盖区域狭小,作用时间短,无论在自振周期轴方向,还是持时轴方向均远小于其拓展设计反应谱覆盖区域,结构不会发生破坏或仅发生可修复的轻微破坏。震害调查结果与时-频反应谱分析结果相符,证明鲁甸地震小震级、高烈度、大灾害的特点与龙头山EW罕见大峰值记录的时频特性有着密切关系,时-频反应谱有利于用来分析结构破坏机理,具有研究的理论意义与应用价值。     

近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明：近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1 892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。     

CDSN台站的大震报警软件

实时监视地震波形和大震报警结合在一起,可以有效地提高工作效率。通过软件实时监视地震事件,台站分析人员既可以真实地看到高灵敏度的地震波形,又可以根据需要压缩放大波形,也可以做任意频段选择和滤波处理,保证了波形连续。对于大地震实施软件报警,使得台站可以根据本台的背景噪声,适当地选择报警幅度,既可避免过多的小震报警,又可以减少盲目、频繁地操作调用查看波形。适合台站工作,为台站人员提供了方便。     

Pd-τc相容性检验方法在触发事件判别分析中的应用

结合福建地区地震预警系统的运行情况和处理能力, 利用日本KiK-net台网和福建地震台网记录的天然地震事件和人工爆破事件实测数据, 探讨了P_d-τ_c相容性检验方法在触发事件类型实时判别中应用的可行性． 结果表明, P_d-τ_c相容性检验方法能够较好地区分大震级地方震与误触发事件, 也能对远震事件进行粗略判别, 但对于小震级地方震和人工爆破事件则无法有效判别． 随后, 以P_d-τ_c相容性检验结果为基础, 本文设定强度参数P_d=10-3 cm为界线, 即可从众多触发事件中甄选出可能产生破坏的大震级地方震事件． 本文方法有助于提高触发事件类型判别结果的可靠性、 预警系统的处理效率和系统产出信息的准确度．      

基于改进的希尔伯特-黄变换的地震强震动特征提取

2021年5月21日漾濞M_s6.4地震是云南近10 a以来继M_s6.5鲁甸地震和M_s6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示：此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明：希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。     

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。     

基于卷积神经网络的地震波形智能识别研究

随着世界上多个国家和地区的地震预警系统投入运行,误报和漏报等问题逐渐突显,特别是将标定以及强干扰波形误识别为大震事件,快速、精确地区分地震与其他波形是一个难题。针对于此,该研究提出了基于卷积神经网络地震波形智能识别方法。首先收集并处理了2012—2017年中国境内福建以及周边邻省共683个地震和478个爆破事件,并对这些样本筛选、截取和基线校正等预处理,共得到了27 500条三通道波形。在此基础上,构建了3 s波形输入的卷积神经网络模型(SW-CNN)。结果表明：模型对地震、噪声、爆破和异常波形的识别率分别为97.9、99、99.2和99.3%。相比于人工手动分类识别,该模型更省时和更稳定,为地震预警目前所面临的问题提供了一个新的解决方法。     

高速铁路与国家地震台网信息接入及资源共享方式研究

本文对高速铁路与国家地震台网信息接入和资源共享方式进行了讨论。通过对组网模式和时延的分析及测试,在遵循目前地震系统信息传输模式的前提下,对于实时波形数据,可以根据实际情况采取国家中心型或者省局中心型的方式进行共享,用于高铁系统台站的补充,在地震预警发布阶段使用;对于地震速报信息,可以采取国家中心型的方式进行共享,用于地震信息的确认,在地震预警解除阶段使用。为了减小实时数据传输的时延以适应预警需求,应对数据采集器进行升级,并更新相应的流服务器的仪器适配器。