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。     

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...     

平台地形对地震地面运动特征周期值的影响

本文人工合成了36条代表不同频谱特性的地震动,构造了简单的平台地形,并利用人工合成地震动作为平台地形计算输入地震波,获得了地表观测点的时程和反应谱.在此基础上,分析了具有不同高度、侧向坡降和介质阻尼等的平台地形对地震动特征周期值的影响.研究的结果表明:当平台高度与入射地震波优势波长相比较小时,平台的高度、侧向坡降、阻尼比等对地震动特征周期值的影响不大,此时单个平台地形地表地震动的特征周期主要依赖于入射地震动的特征周期,而且一般比入射地震动的特征周期略有增大;当平台高度与入射地震波优势波长相比较大时,平台高度对地表地震动特征周期影响较大.     

地震动持时对工程结构地震反应影响研究进展

地震动工程特性由幅值、频谱与持时三大要素决定，三个要素共同决定了地震动对工程结构破坏作用，工程结构抗震设计与评估等应全面考虑三个要素综合影响。目前来看：关于幅值及频谱的研究成果已广泛应用于各类工程抗震设计与评估，但关于地震动持时这一要素，国内外至今尚无明确的考虑方式和相应设计与评估技术，或考虑相对笼统。部分规范仅在结构地震反应时程分析方面做出了简单规定，尤其是用于确定地震荷载的抗震设计谱，几乎没有反映地震动持时对结构的影响，这远远不能满足性态及韧性等先进抗震方法对地震动作用的迫切需求。因此，关于地震动持时特性及其对工程结构地震反应影响的研究，近期成为一个热门研究课题。本文主要回顾和评述了地震动持时对工程结构地震影响的研究进展，并根据国内外研究现状对地震动持时研究进行了展望，可供分析地震动工程特性及其对结构的影响参考。     

空间相关的多点地震动合成(Ⅱ)合成实例

本文应用已提出的自功率谱、相干函数、视速度模型生成了空间相关的多点地震动时程。采用分段合成、乘强度包络函数的方法近似地考虑了地震动强度和频率尬发的非平稳性、生成的地震动符合空间相关性、传播性、随机性和非平稳性,可用于长结构多点输入地震反应分析。     

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。     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.     

基于GIS的抗震设计地震动查询系统

基于ArcView CIS软件开发平台，建立了设计地震动参数和最不利设计地震动数据库，建成了基于性态设计和考虑最不利设计地震动因素的设计地震动查询系统，该系统主要为基于PC机工作的结构抗震设计人员提供相应的设计地震动参数和最不利设计地震动的设计地震动信息查询服务。     

地震动幅值沿深度变化研究

以美国加州强震观测计划(CSMIP)的6个土工台阵和日本Hosokura矿台阵为研究对象, 以323组三分量地表和地下地震动峰值数据为基础, 按照台阵场地的软硬和土层分布, 将其分为基岩、 土层和ldquo;土层/基岩rdquo;台阵. 对于同一类台阵记录的所有地震, 分别按照震级和地表地震动峰值的大小将其分类. 对于同一类台阵的各类地震, 分别对加速度、 速度和位移峰值沿深度的变化进行统计分析, 得到沿深度变化的峰值比, 并且用非线性最小平方法, 采用指数衰减模型, 对峰值比沿深度变化曲线进行拟合. 通过对各类场地的各类地震的分析, 得到了地震动峰值沿深度变化的初步规律.      

中国西部地区利用烈度数据估计地震动参数的方法

通过最近收集到的中国西部地区的6次地震的地震动参数和烈度数据,建立了该地区适用于贝叶斯方法的各烈度档P(I|GM)的经验分布。利用2011年发生的四川炉霍地震和新疆伽师地震资料验证了依据烈度数据用贝叶斯方法估算峰值加速度的可行性。研究结果还表明,用贝叶斯方法估计的参数精度与选择的先验概率(衰减关系)显著相关。针对这2次地震,用各烈度档地震动参数的均值法、地震动衰减关系法及贝叶斯法3种方法估算的峰值加速度值与峰值加速度观测值之间的均方根比较表明,用贝叶斯方法估算的参数精度优于用另2种方法所获结果。     

旋转地震合成及其在大跨度悬索桥中的应用

为探究旋转地震动在大跨度悬索桥中的应用,首先,从线弹性理论和功率谱角度基于随机振动理论提出了6维地震动加速度功率谱模型;其次,基于MATLAB编制旋转地震动人工地震合成程序,从反应谱角度对合成地震动进行了正确性验证和拟合精度迭代调整;最后,分析了旋转地震动与地震动入射角对桥梁结构地震响应的影响。研究表明：人工合成的地震动平动分量反应谱与实测地震动的平动分量反应谱吻合度较高;六维地震动的主梁跨中竖向位移越是三维平动地震动的3倍,而主缆轴力峰值接近2.25E+05kN,约是三维平动地震动的1.3倍;旋转地震动和地震动入射角将会加大桥梁结构的位移响应和内力响应,且会减小塔底截面和桩最不利截面的安全性。     

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。     

921台湾集集地震灾害最严重地区的烈度评定

根据9.21台湾集集大地震过后南投县、台中县、台北县和苗栗县这四个主要受害地区的建筑物震害,参考不同的评定烈度标准综合确定出这四个地区的地震烈度,然后又计算出四地区的地震动峰值加速度、峰值速度、峰值谱加速度、峰值谱速度以及峰值谱位移的平均值。将这些均值分别与地震烈度进行基于最小二乘法的线性回归,发现这些地震动参数均值除峰值谱位移外都和烈度有很好的相关性,相关系数均在0.95以上,这说明研究评定的这四个地区的地震烈度是正确合理的,可以加以推广并应用于其它地震研究工作中。同时由于地震烈度是描述地震破坏后果的物理概念,地震动参数和烈度间的良好相关性也说明地震动参数和建筑物震害有很大的关联性,能够体现对结构的潜在破坏势。     

海域地震动研究现状分析

海域地震动是海洋工程建设必须考虑的因素,近年来学者们对海域地震动做了大量研究,这些研究涵盖海域地震动的各方面。为总结对海域地震动特性的研究成果并分析存在的问题,分类阐述了不同学者对海域地震的研究结果。根据采用的研究方法可分为解析方法、数值模拟方法和统计方法。在此基础上,归纳了不同研究方法得出的海域地震动场地影响与传播规律的结论:解析方法与数值方法得出的结论侧重于分析海域地震动受海水、淤泥沉积层与地形等场地条件的影响;统计方法得出的结论集中在海域地震动与陆地地震动在地震动特性与传播规律方面的差异,这些结论可以为采用相同方法的研究提供参考。最后,对当前研究中存在的问题进行探讨,由于数据相对匮乏,导致缺少对海域地震动与陆域地震动差异的定量分析,也缺少对海域地震动不确定性的分析。     

跨断层工程输入地震动模拟及其应用研究进展

跨越活动断层的桥梁和隧道等工程结构面临巨大的地震风险,断层破裂产生的脉冲效应和永久位移是造成跨断层结构破坏的主要原因。研究跨断层工程的地震响应并采取相应的抗震设防措施显得十分重要,而合理的地震动输入是揭示跨断层结构地震破坏机理的基础。但目前缺乏跨越断层两侧的实际地震动记录,各类规范也没有提供合理的面向跨断层工程的输入地震动的模拟方法。为了分析跨断层工程输入地震动的研究现状,文中总结了相关研究提出的断层区域地震动的几种模拟方法,重点对基于脉冲函数和基于断层物理机制的方法进行详细介绍,分析其特点和存在的问题;综述了在上述方法模拟的断层地震动激励下跨断层梁式桥、缆索承重桥梁的地震响应特征。结果表明：断层地震动非常复杂,模拟方法不仅需要考虑脉冲效应、上下盘效应以及永久位移特征,而且应合理地考虑断层两侧地震动的空间相关性和相干性,才能为跨断层工程提供合理的输入地震动。     

不同抗震标准下的海洋石油平台设计地震动参数研究

在海洋石油平台抗震标准方面,中国与美国规范之间存在一定的差异。本文首先介绍了两国抗震规范中的相关内容。以渤海某油田为例,根据渤海及邻区的地震构造、地震活动环境及地震动衰减关系,利用概率方法进行地震危险性分析;采用一维等效线性化方法,根据场地土动力性能试验资料,确定不同抗震标准下的设计地震动参数。最后分析不同抗震标准下的地震动参数关系,以及对工程设计的影响。结合我国渤海与美国南加利福尼亚地区的地震活动性对比分析,对我国海洋石油平台的设防地震水准提出建议。     

Study on the severest real ground motion for seismic design and analysis

How to select the adequate real strong earthquake ground motion for seismic analysis and design of trucures is an essential problem in earthquake engineering research and practice.In the paper the concept of the severest design ground motion is proposed and a method is developed for comparing the severity of the recorded strong ground motions.By using this method the severest earthquake ground motions are selected out as seismic inputs to the structures to be designed from a database that consists of more than five thousand significant strong ground moton records collected over the world.The selected severest ground motions are very likely to be able to drive the structures to their critical response and thereby result in the highest damage potential.It is noted that for different structures with diffferent predominant natural periods and at different sites where structures are located the severest design ground motions are usually different.Finally.two examples are illustrated to demonstrate the rationality of the concept and the reliability of the selected design motion.