基于强震动记录确定的场地卓越周期

本文介绍了3种根据场地强震动记录获取场地卓越周期的方法: ① 地表记录的傅里叶谱分析法; ② 地表水平/垂直傅里叶谱比法; ③ 地表/地下傅里叶谱比法. 基于日本强震动观测台网KiK-net中两个基岩台站和两个Ⅲ类场地台站获取的数百条强震动记录, 分别使用上述3种方法确定场地的卓越周期, 并对比分析各种方法的优缺点及其适用情况. 结果表明: 对于基岩场地, 由于记录信息复杂, 局部场地条件对地震动影响较小, 地震动自身特性突出, 导致3种方法所得到的结果均比较分散; 对于土层场地, 场地条件影响比较显著, 3种方法基本都可以得到一个较为准确的数值; 但对于某些场地, 地表水平/垂直傅里叶谱比法所得结果存在不确定性, 相比之下, 地表/地下傅里叶谱比法则能给出一个更为准确的场地卓越周期值.      

基于HVSR谱比法研究场地反应非线性特征

针对汶川地震近断层的众多量大面广的Ⅱ类场地,选用理县木卡台作为研究对象,采用主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比结果,研究场地反应的非线性特征。结果表明:主震、余震、地脉动的速度反应谱HVSR谱比曲线平滑,峰值突出,清楚地给出了场地的卓越频率;场地地震反应随着PGA的变化出现明显的非线性反应,随着PGA的增大,小于100 gal余震、100～200 gal余震、200～300 gal余震以及主震的记录中场地卓越频率有向低频偏移的趋势。     

安徽强震动台站场地响应研究

采用H/V谱比法,利用安徽强震台网记录的波形数据,计算了3个强震台的场地响应。结果表明,当台站场地为基岩或覆盖层较薄时,由地脉动和S波数据分别计算出的谱比曲线一致性很好。当覆盖层大于30.5 m的时候,两者的放大因子有差异,即用S波计算的场地放大响应要明显大于用脉动计算的场地响应。     

强震动记录H/V谱比法计算处理的若干关键环节

强震动记录H/V谱比法自提出以来,已广泛应用于地震工程各研究领域中。但对数据处理的2个关键环节——Taper预处理及傅氏谱平滑未有详细研究。因此,本文针对强震动记录H/V谱比法计算涉及的重要数据处理过程,对四川地区19个强震动台站在汶川地震余震中获取的642组强震动记录开展研究。研究实例表明:S波H/V谱比振幅在周期 < 1s时高于全时程,论证计算H/V谱比时截取S波窗口的必要性;S波窗口的截断会引起傅里叶振幅谱的边瓣效应,若不加以处理,将显著影响低频部分H/V谱比结果,Taper预处理对于消除这种截断误差具有良好效果;在兼顾平滑效果及卓越周期识别准确度的基础上,通过不同带宽的Parzen窗试算,认为0.5Hz带宽宜用于傅里叶H/V谱比曲线平滑。     

安徽省国家强震动台站场地响应及背景噪声分析

利用安徽省部分强震动台站记录的地脉动数据和历史地震数据,采用H/V谱比法和噪声功率谱密度函数法,对比分析台站的场地响应及背景噪声,结果表明：全椒、马鞍山地震台的场地卓越周期小且背景噪声低;沈巷地震台卓越周期大且背景噪声高;三山地震台无明显卓越周期;地震台站背景噪声与场地响应曲线之间不存在一一对应关系。     

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。     

地脉动水平/竖向谱比表征地震动场地效应的有效性及其修正

近年来,地脉动水平/竖向谱比法广泛应用于获取场地卓越频率工作中,但在指示地震动放大系数方面是偏小的。利用KiK-net台网403个台站共21万余组数据,通过对比分析地脉动水平/竖向谱比MHVR和地震动水平/竖向谱比EHVR,发现二者的谱形和峰值频率基本一致,但幅值存在差异。根据MHVR谱形将场地分为6类,建立将MHVR修正为EHVR的经验方法。当MHVR有可解释的峰值时,实测EHVR和修正后MHVR预测值一致性提高。地震动峰值加速度在40 cm/s2以下时,EHVR受场地非线性的影响较小,利用MHVR及其修正方法可有效估计EHVR。     

回填土场地强震动性质讨论

本文旨在讨论位于回填土场地上及回填土场地深挖基坑内的强震动观测仪所获得地震动是否是真实自由场地震动,若不是,其影响如何?结合回填土场地的强震动观测台站建设的实际情形,建立了回填土场地和回填土场地深挖基坑的有限元分析模型,基于集中质量显式动力有限元数值模拟方法,分析了回填土的波速和厚度、基坑尺寸对自由场地震动的影响.同时,提出了通过用重塑土置换回填土以降低回填土对自由场地震动影响的措施,并对重塑土置换回填土的效果进行了数值模拟分析.结果表明：回填土上和回填土深挖基坑内的地震动峰值和反应谱值与原始场地的均有明显的差异,随着回填土厚度和基坑深度的增加,其差异越大;通过重塑土置换回填土可以减小回填土对场地地震动的影响.本文所得关于回填土、基坑和重塑土的影响规律可为回填土场地上强震动观测结果的合理利用以及强震动观测台站建设提供依据.

     

汶川地震强震动地面倾斜研究

根据三分量强震动传感器水平摆和竖向摆对倾斜的动力响应差异,利用谱比法计算出汶川Ms8.0地震中近断层强震动的断层法线方向和平行方向的同震地面倾斜.结果表明,本次地震中强震动观测台处地面倾斜一般小于1°,影响频段主要在0.1 Hz以下,发生较大倾斜的台站主要在距地表破裂迹线30 km以内,在100 km之外或水平向加速度幅值均方根在200 cm/s2以下时很少发生0.01°以上的同震地面倾斜.总体上看,上盘区域的倾斜值普遍小于下盘区域,法线方向倾斜值一般大于平行线方向倾斜值.位于前山断裂与中央断裂之间区域的绵竹清平台谱比较低但平缓且频带较宽,可能反应了该区域的运动特殊性,而汶川卧龙台则显示了上盘边缘区域地面倾斜较大.逆冲段与走滑段台站倾斜对比显示,地面倾斜可能受局部场地条件影响较大.     

离散Fréchet距离在强震台站场地分类中的应用

当强震台站场地资料不完整时,所收集到的强震数据因缺乏准确的场地类别信息而难以有效利用。为解决这一问题,本文提出一种基于离散Fréchet距离的强震台站场地分类方法。将获取到的664个KiK-net台站场地按照《建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）》进行分类,并构建2个数据集。利用数据集1得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地标准谱比曲线,并结合离散Fréchet距离对数据集2中的台站进行场地分类,统计分类成功率与误判率。统计结果表明,本文方法能较准确地对场地进行分类,且误判率在可接受范围内。将本文方法分类统计结果与斯皮尔曼秩相关系数法分类的成功率与误判率进行对比,结合本文方法分类后得到的平均谱比曲线,均可表明应用本文方法进行强震台站场地分类具有合理性。     

昆明地震动强度(烈度)观测台场地动力特征研究

使用单点地脉动谱比法（Nakamura方法）,对3个昆明地震动强度（烈度）观测台的基墩和场地自由表面进行了谱比分析,通过分析谱比的卓越周期和放大因子,研究了基墩对地震波的影响和Nakamura方法对地层分析的可靠性。结果表明：（1）基墩对低频部分基本没有影响,对高频部分稍微有放大;（2）Nakamura方法对地层的分析和钻孔法所得的结果在某些层位较一致。     

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

运用谱比法计算福建地区观测台网台站响应

场地动力特性对地震造成的破坏有着重要的影响。因此对场地进行动力特性分析,对于地震的监测预报、地震预警、工程抗震设防、地震勘探等具有十分重要的意义。本文主要结合福建地区现有地震观测台网,利用地脉动记录,采用较为简便的谱比方法（Nakamura方法）对福建地区观测台网中台站响应情况进行计算和分析。     

Analysis of Digital Strong Motion Records of the M_S 8.0 Wenchuan Earthquake by the Network of Shaanxi Province

Records of the May 12,2008 MS8.0 Wenchuan,Sichuan,earthquake from 27 stations of Shaanxi Digital Strong Motion Network are processed and analyzed,including baseline adjustment of acceleration traces,filtering,and calculations of velocities,displacements and acceleration response spectra.The results show that direction energy radiation of the large earthquake and horizontal inhomogeneous medium along the wave traveling path might both have some effect on the scattering degree of the attenuation of PGAH,besides influence of local site conditions.For the same intensity,the ratios of PGA /PGV are commonly small,on average about 5,which indicates that long period components are rich in ground motion.Intensities for most sites of the stations are within Ⅴ～Ⅶ.The larger one among PGAE-W and PGAN-S is quite close to their PGAH,which is less than 10% in relative deviation.The dominated waves are surface waves.The thicker the soil overburden is,the stronger the surface wave will be and the longer the shaking will last.Local site conditions have strong effects on ground motion,especially those of thick sediment filled-in basins,as they can significantly amplify long-period components.     

基于中远场小震结构台阵观测数据的地震响应分析

近年来我国布设的强震动观测结构台阵越来越多,并在数次地震中捕获了一批宝贵的观测记录,这些记录既是对应用日益广泛的结构数值模拟结果的检验和参数标定的依据,也是结构健康监测的重要数据。本文选取昆明防灾减灾中心大楼观测台阵捕获的3次中远场小震记录作为研究对象,对比ANSYS结构数值模拟和观测值之间在时程以及谱特性等方面的响应差别,证明了在弹性范围下二者结果具有较好的一致性。最后,基于观测记录,采用高效简单的经验谱比法进行了结构模态参数快速识别,3次地震下的自振频率计算结果相对稳定,与数值建模计算结果的差值可控制在0.17Hz以内。     

唐山丰南M4.1级地震强震记录分析

2010年4月9日唐山丰南发生M4.1级地震,津冀地区共有36个强震台站获取到强震记录,记录的最大加速度为58.92cm/s2,通过对比强震记录的峰值,发现该地震竖向峰值比水平向大,在三个分量上加速度傅氏谱谱型以多峰为主。通过对强震记录频谱特征进行分析,得出随着震中距的增大,反应谱高频成分衰减快于低频成分,竖向与水平向加速度比值与常规认为的1/2—2/3差别较大。通过对本次强震动记录反应谱标定并结合唐山地区3.5级以上地震记录,获得唐山地区土层场地反应谱谱型参数。     

场地地震动水平/竖向谱比与地表/基底谱比差异及修正水平/竖向谱比法研究

局部场地条件是决定场地地震动强度和频谱的重要因素,基于强震动和脉动记录的统计分析,获取表征场地条件影响的特征参数已成为确定工程场地设计地震动的较经济和实用方法,特别是对于大范围或难以开展现场勘测的工程场地.利用日本KiK-net台网强震动记录计算分析了台站场地地震动水平/竖向谱比(HVSR)与地表/基底谱比(SBSR)...