关于通过烈度资料估计地震动的研究

本文首先回顾了用烈度资料估计地震动参数衰减关系的现有方法,分析了其中存在的问题,进而提出地震烈度与地震动参数的更合理的转换模型。地震动衰减模型中采用了与震源体大小相关的近场距离饱和因子,使换算模型能体现与近场高烈度相应的地震动峰值的饱和特性。确定衰减关系时除了考虑地震动或烈度的不确定性之外,还包含了震级M和距离R的不确定性,烈度衰减关系的确定考虑了场地原始烈度点与等震线的差别,使参与换算的地震动和烈度均取自于同一地点。文中还对转换所得地震动衰减关系的方差进行了合理估计,换算结果的不确定性综合了参考地区用原始资料进行烈度与地震动换算的离散性和参考地区与研究地区烈度衰减规律不确定性的差异,使之与当前人们对地震动不确定性的认识水平相协调。新模型不受烈度和地震动参数衰减规律形式的限制。用新方法确定了华北、华南、西南、西北等四区的地震动幅值的衰减规律,并与华北、西南两区取得的少量强震记录进行了比较,结果甚为吻合。     

一种新的拟合地震动衰减关系的分步回归法

提出了拟合地震动衰减关系的一种新的分步回归法.该方法首先确定近场饱和项,再获得距离衰减项,最后确定震级项.作为算例,采用NGA项目美国西部地区的强震观测资料,对基岩场地自由地表加速度反应谱平台高度值衰减关系进行了回归.结果表明,采用此方法对实际资料的拟合不存在系统偏差,结果稳定,能反映强震地震动在近场的距离饱和与震级饱和特性.对远场数据考虑截尾效应,能使回归结果正确反映地震动的远场衰减特征.     

南北地震带南段水平向地震动衰减特征

地震动衰减关系作为抗震救灾的重要依据,一直都是现代地震学研究的重点之一.本研究使用南北地震带南段区域2009—2016年共217个地震事件获得随震中距变化的水平向地震动峰值速度(PGV)和地震动峰值加速度(PGA)经验衰减关系,并计算场地响应.研究结果显示PGV衰减关系的拟合效果较PGA更好,两者的距离衰减系数会随事件矩震级增大呈线性减小;相较于大矩震级事件,中矩震级事件在近场可能产生较衰减关系理论值更大的PGV和PGA,同时衰减关系的拟合标准差会随事件矩震级的增大而减小.进行场地响应校正后的PGV和PGA更加符合经验衰减关系,PGA的场地响应影响较PGV更强但两者的趋势一致,并与该区域前人计算得到的地壳Qs值分布对应,表明地壳介质放大或压制地震波振幅和其传递地震波能量的能力是相关联的.本文结果一定程度上揭示了南北地震带南段的地震动强度衰减特征,为未来中国西南部的抗震减灾工作提供了重要的参考.     

为新区划图编制所建立的地震动衰减关系

介绍了建立新一代地震区划图所采用的地震动参数衰减关系的总体思路,并从资料、衰减关系分区、衰减关系模型、回归方法、转换等方面说明了地震动参数衰减关系的建立过程,给出了我国分区地震烈度和地震动参数衰减关系结果。新的地震动衰减关系的建立,具有如下特点:一是基于更加丰富可靠的强震记录和烈度资料;二是采用了具有大震近场饱和特征的地震动衰减模型;三是采用了使结果更加稳定的分步回归方法;四是在地震动衰减关系分区时考虑了地震活动性特征。与第四代地震区划图衰减关系相比,由于地震动衰减模型的变化和高震级强震记录的增加,高震级下的峰值加速度有所降低,而中强地震区的峰值加速度则在低震级时有所提高。     

地震安全性评价中地震动衰减关系的类型及其选取

通过阐述地震安全性评价工作中地震动衰减关系的演变介绍了衰减关系的三种类型,其差别在于是否含有高频地震动震级饱和因子C3M2项和加速度近场饱和因子C5eC6M项;分析了这两个因子的由来和作用,并举实例说明,当场地所处的地震环境受高频地震动影响较小时,可忽略C3M2项的影响;而加速度近场饱和因子因包含了震源体尺度的影响,并与实际观测记录相符,是衰减关系必须包含的内容。     

地震动峰值加速度衰减关系对中国西部地区的适用性分析

地震动参数衰减关系描述了地震动参数随震级和距离等因素的变化情况,选取合适的地震动衰减关系是地震危险性分析中确定工程场地地震动参数的关键环节。本文收集、整理和分析了中国西部地区2012年3月9日—2017年9月16日间发生的42次地震事件中获取的强震动记录资料,并选择了3个国际上基于不同地区强震动记录数据建立的地震动加速度衰减关系(ASB11、SCEMY97和LLCS11),开展了加速度衰减关系计算结果与中国西部强震动记录值的对比研究。比较了衰减关系峰值加速度的预测中值与实际记录值之间的差异,并分析了其残差随震级和距离的变化。得到了以下结论:①相比于SCEMY97和LLCS11,ASB11更适合于中国西部地区;②研究中国西部地区的衰减关系时,有必要考虑高频地震动的震级饱和现象。同时,对于如何修正已有衰减关系以使其更适合于中国西部地区给出了相应的建议。     

改进的两步法在地震动衰减关系建立中的应用

地震动衰减关系系数的回归是地震动衰减关系研究中一项关键的技术,由于地震动衰减公式具有震级与距离相关性和地震动参数本身的不确定性较大等特点,一般迭代回归方法难以满足回归精度的要求.目前常用的回归方法有单随机变量加权最小二乘法、多随机变量加权最小二乘法、两步法、新两步法等;在上述方法中,两步法和新两步法虽然考虑了震级和距离相关性的特点,但回归系数的稳定性较差.因此,在两步法思想的基础上提出了既能考虑震级和距离相关性,又能提高回归系数的稳定性的一种新方法-改进的两步法.     

川滇地区水平向强地震动衰减关系研究

利用近几年在川滇地区破坏性地震及汶川地震强余震中获得的951条加速度记录,通过选取合适的衰减关系形式和距离参数,经统计获得了川滇地区水平向峰值加速度与35个周期点对应的加速度反应谱(阻尼比0.05)衰减关系.统计结果显示,震级越大,地震动随距离的衰减越慢;加速度反应谱的短周期部分随距离的衰减明显快于长周期部分;中强地震在近场也会产生较大的峰值加速度和较高的短周期加速度反应谱.由于统计资料的非完整性,本文统计结果尚不宜直接应用于相关工程场地的设计地震动参数确定中.但本文结果与目前由转换方法得到的我国西部地震动参数衰减规律的较大差异提示:进一步深入研究我国地震动参数衰减规律应是紧迫而重要的任务.     

川滇地区水平向强地震动衰减关系研究

利用近几年在川滇地区破坏性地震及汶川地震强余震中获得的951条加速度记录, 通过选取合适的衰减关系形式和距离参数, 经统计获得了川滇地区水平向峰值加速度与35个周期点对应的加速度反应谱(阻尼比0.05)衰减关系. 统计结果显示, 震级越大, 地震动随距离的衰减越慢; 加速度反应谱的短周期部分随距离的衰减明显快于长周期部分; 中强地震在近场也会产生较大的峰值加速度和较高的短周期加速度反应谱. 由于统计资料的非完整性, 本文统计结果尚不宜直接应用于相关工程场地的设计地震动参数确定中. 但本文结果与目前由转换方法得到的我国西部地震动参数衰减规律的较大差异提示: 进一步深入研究我国地震动参数衰减规律应是紧迫而重要的任务.      

河南小浪底大坝的设计地震动参数

本文基于以坝址为中心,320公里范围内地质构造、历史地震和地震活动性的分析结果,研究了地震活动性模型,给出了影响小浪底大坝场地地震的空间和震级的分布,采用中国东部地区中强地震动记录和历史地震烈度观测资料,研究了地震动的衰减公式,并考虑了近场和远场震源的烈度与加速度之间的关系。在地震危险性分析中,应用概率方法,确定以10~(-4)年超过概率作为大坝地震危险性评定准则,可得到坝址场地地震动峰值加速度。考虑了各潜在震源离坝址的距离、最大震级和近场或远场震源等场地特征,选取大坝场地反应谱和地震动加速度时程曲线的包络线。最后,应用非随机过程的数学模型逐渐逼近目标谱的方法,得到近场和远场的每一组10条地震动时程曲线。这些人造地震动时程曲线可作为大坝的设计地震动的工程参数。     

四川及邻区地震动衰减关系

根据地震构造环境和震害分布特点, 将四川及邻区划分为西南地区和四川盆地地区. 收集了西南地区96次、 四川盆地地区40次近代破坏性地震资料, 并对各次地震的震级参数进行了统一校核. 按照该地区震中烈度与震级、 有感半径与震级的统计关系, 对地震烈度衰减进行了近场与远场特征控制, 建立了地震烈度沿长轴、 短轴和平均轴的衰减关系. 统一了中国与美国面波震级的震级标度, 利用最新得出的美国西部基岩水平向地震加速度反应谱衰减关系, 采用考虑地震加速度的近场距离饱和与震级饱和特征的衰减模型, 转换得到了该地区的基岩水平向地震加速度反应谱衰减关系.      

地表岩土层对地震动特性的影响分析

利用日本强震观测网KiK-Net中两个基岩台站、两个Ⅲ类场地台站中数百条强震记录,对比基岩场地和Ⅲ类场地的地震动特性,分析傅里叶谱卓越频率与震级和距离的关系,以及上覆岩土层对地震动的影响。分析结果表明:基岩场地上,地下和地表各分量傅里叶谱卓越频率随震级增大或距离增大而减小,大小及分布规律基本一致;Ⅲ类场地上,地下记录各分量傅里叶谱卓越频率随震级增大或距离增大而减小,而地表记录的这一规律则不明显,且地下、地表卓越频率大小及分布明显不同,对于同为Ⅲ类场地但土层条件不同的台站其变化也不同。说明坚硬的基岩场地对地震动影响较小,而基岩上覆土层对地震动有明显的影响且其影响具不确定性。     

不同转换方法在关中平原区地震动衰减关系研究中的应用

采用考虑地震加速度的近场距离饱和与震级饱和特征模型的衰减关系,通过收集关中平原区及邻区大量的地震资料,建立起本区的地震烈度衰减关系.将美国西部地区作为参考区,采用不同映射的转换方法,得到了关中平原区的基岩水平加速度衰减关系,并对不同的映射方法得到的结果进行了对比分析.     

西南地区水平向峰值速度、峰值位移衰减关系研究

本文收集西南地区79个4.0＜Ms≤8.0主震、0＜Rrup＜300 km的自由场地加速度记录,采用合理可靠的数据处理方法获得峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)的水平分量几何均值各1600个.建立包含西南地区强震动数据及相应的震源、距离、场地参数等各项元数据的数据集.统计回归得到西南地区包含震级饱和效应、震级相关几何衰减、线性和非线性场地响应、非弹性衰减的水平向PGV、PGD衰减关系.进行了事件间和事件内残差评估、模型评估.将本文衰减曲线与西南地区大震和强震的实际观测值、川藏区水平向PGV衰减关系以及NGA-West1的水平向PGD衰减关系进行对比.结果表明,本文衰减关系用于估计西南地区震级Ms4.0-8.0、距离10～300 km的地震动PGV、PGD是有效的.绝大多数汶川、芦山、鲁甸和九寨沟地震的PGV、PGD观测值分布在本文PGV、PGD衰减曲线士1倍标准差以内.本文的PGV、PGD衰减曲线显示了震级相关的PGV、PGD衰减和土层非线性的平均效应.与国内常用衰减关系和NGA-West1衰减关系相比,本文衰减关系能更好地体现震源特性、传播介质、场地非线性对西南地区水平向PGV、PGD衰减特征的影响.     

地震动衰减关系拟合的新两步法

本文根据地震动衰减的理论分析结果和强震观测记录，提出了一种新的拟合地震动衰减关系的两步法，并用新近补充，完善的美国西部强震记录，对PGA，EPA和EPV衰减特性进行了分析，结果表明，建议的方法能反映近场强震地震动饱和效应和大震远场衰减的特点。     

芦山地震地震动上下盘效应研究

2013年4月20日的芦山7.0级地震是继2008年5月12日汶川8.0级特大地震之后,发生在龙门山断裂带上的又一次大震级逆冲型地震.与汶川地震相比,芦山地震的发震断层没有地表出露,断层的滑动角更大,其逆冲性质更强烈.本文挑选了芦山地震中断层距小于200km的45条强震动记录,基于地震动衰减关系进行统计分析,对比了上盘和下盘台站地震动参数相对于衰减关系的对数残差.结果表明：芦山地震的上下盘效应明显,近断层上盘地震动的高频成分要高于同断层距的下盘;上盘地震动衰减要明显快于下盘.地震动衰减关系用简单的一个距离参数很难描述近场断层尺寸效应的影响,也很难模拟地震动上下盘效应.因此,在近场强地面运动模拟中,应多考虑有限断层模型,以模拟断层的尺寸效应.     

PGV/PGA和PGD/PGA随震级和震中距变化的研究

以太平洋地震工程研究中心(PEER)和强震动观测系统组织委员会(COSMOS)记录的13次地震的486个台站的三分量地震动峰值数据为基础,按照震级和震中距大小将其分类,得到地震动的峰值比PGV/PGA和PGD/PGA与震级和震中距的关系。结果表明:峰值比随着震级的增大而增大,随着震中距的增大也增大。最后给出了峰值比与震级和震中距的衰减关系,以供抗震设计参考使用。     

近场水平地震动选取原则及脉冲型水平地震动弹性谱特性研究

以近40年来世界范围内发生的20次地震总计800条水平地震记录为基础,从加速度反应谱入手,研究震中距、PGV/PGA比值及震级对水平加速度反应谱特性的影响,提出了一种同时考虑震中距、PGV/PGA比值及震级3个指标的近场地震动选取方法。然后对选取的脉冲型水平地震记录作加速度反应谱研究场地类别、震级、PGV/PGA比值等因素对脉冲型水平地震动反应谱特性的影响。研究表明:(1)PGV/PGA>0.2、震中距D<20 km、6.50.2、震中距207.0作为中远场脉冲型地震动的选择原则需要进一步研究。(3)震级M_w>7.0时脉冲型地震动反应谱谱值在中长周期范围内明显增大。(4)PGV/PGA>0.2时脉冲型地震动平均谱谱值在中长周期范围内明显增大。     

由中国黄土地区地震动衰减关系对地震动法的一点探讨

本文选用中国黄土地可靠的四十个等震线资料,用地震动法中的烈度距离法和烈度震级法统计了中国黄土地区地震动衰减关系。最后作者根据中国华北、华南和黄土地区地震动衰减关系资料对烈度距离法和烈度震级法的物理意义以及适用范围作了探讨。     

江苏及邻区地震动衰减关系研究

基于2006—2015年江苏省强震动台网记录到的大量强震动数据,根据近场距离饱和的加速度经验衰减模型,利用多随机变量回归分析方法、最小二乘法拟合确定出经验衰减关系模型中的各个系数,获取了江苏及邻区中小地震的地震动参数衰减关系。以2012年7月20日江苏高邮M4.9地震为例,结合新求取的地震动衰减关系计算其震源区的地震动加速度场,结果显示:相比于直接采用内插值方法的分布结果,采用衰减关系校正后的结果所显示的地震动加速度场的连续性分布特征更为明显,加速度场长轴走向更接近于实际调查得到的地震烈度分布。