基于第四代地震区划的跨越发震断层永久位移概率分析方法

本文主要借鉴了Lee(2007)和Youngs(2003)提出的地表永久位移估计方法,联合中国第四代地震区划图的潜在震源区参数,给出了适合中国跨越发震断层永久位移概率分析方法。震害调查表明,近场的结构破坏不仅是地震动引起的,地震地表的破裂或永久位移引起的破坏也占很大比重。应用与概率估计地震动相似的方法,给出不同概率水准的地震地表永久位移,使之服务于穿越地震发震断层管线、桥梁工程的抗震设防,采取有效的抗御永久地表位移措施,减小地震灾害带来的损失。     

活动断层的地震地表永久位移研究

正近年来的汶川地震、集集地震、昆仑山口地震、土尔其伊兹米特地震等都引起了大规模的地表破裂,其可能对道路、桥梁、隧道、大坝、输油(气)管网、通讯电缆等大型工程造成严重破坏,导致巨大资产损失。因此,活动断层的地震地表破裂研究已经成为岩土地震工程中关注的焦点课题之一,地表永久位移的分布特征研究对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。本文所做的主要工作如下:(1)首先剖析了地震发生的机理和发生过程。认为地震发生的物理过程可以描述为断层     

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。     

逆断层地震近场地震动影响场和地表形变模拟

本文设计了一个MW7.0级地震的简单的逆断层有限移动源破裂模型,计算了断层周围64个观测点的加速度、速度和位移时程及峰值,简单讨论了近场地震动峰值、断层附近地表永久位移(或地表形变)的分布特点,并讨论了永久位移和地面运动速度大脉冲的关系。重点研究了断层附近三分量的永久位移(或地表形变)大小、方向和地震动作用特点。     

地震动的速度脉冲对结构反应及结构减隔震性能影响研究

近断层地震动非常复杂,受地壳介质和地表局部场地影响的同时,更受地震断层破裂尺度、断层面位错的发展过程、破裂速度、滑动方向等因素的影响。近断层地震动常具有震动集中性、速度脉冲、永久位移以及破裂的方向性和上/下盘效应等特征。其中,地震动速度脉     

走滑型断层地表永久位移预测模型研究

论述了断层地表永久位移概率地震危险性分析方法的发展过程和应用现状,指出了断层地表破裂预测模型研究的意义。根据我国最近的活动断层地表破裂震后调查结果,基于走滑型断层地表破裂数据,拟合了地表破裂预测模型。采用地震活动性模型和地表破裂预测模型,计算了则木河断裂地表迹线上的永久位移危险性曲线,对预测模型在工程场地地震危险性分析中的应用,提出了建议。     

断层错动引起的上覆土体破裂演化规律研究

断层引起的地面永久大变形是工程特别是生命线工程地震破坏的重要原因之一, 而研究断层错动下上覆土体变形和破裂的发展演化规律, 则是预测地面永久变形状态和分析断层危害性的基础． 本文采用有限元方法对垂直断层错动引起的上覆土体破裂演化规律进行了研究, 建立了垂直断层作用下上覆土体模拟的有限元模型, 对断层错动作用下上覆土体的破裂发展过程进行了模拟分析, 并分析了加载速率、 土体特性及断层倾角等参数对上覆土体的破裂演化发展过程的影响． 结果表明: ① 断层倾角越陡, 地表出现破裂时需要增加的垂直位移越大; ② 由于惯性力的影响, 断层加载速率对地表破裂所需施加位移和土层破裂角产生一定的影响; ③ 断层类型对土层地表破裂角与膨胀角、 摩擦角之间的关系有很大影响． 该分析结果可为新建工程的抗震设计和已建工程结构的抗震加固等工作提供依据．      

活动断层地震地表永久位移研究综述

活动断层地震地表永久位移的研究为地震灾害预防、工程结构抗震设计中地表永久位移的输入,对大型工程选址、避让距离的确定及抗错动措施的选取提供理论依据。因此,其对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。本文介绍了地震地表破裂的分类及研究内容,综述了国内外活动断层地震危险性分析和地表永久位移估计的研究现状、成果及主要观点,对其发展走向作了展望。     

永久位移对隔震结构地震响应的影响分析

为分析永久位移型地震动对隔震结构地震响应的影响,文中对单层单跨结构有限元隔震模型分别输入永久位移型及非永久位移型地震动,以探究隔震结构在2种类型地震动输入下的地震响应差别。单层单跨隔震结构有限元模型的数值分析结果表明：相比较非永久位移型地震动,永久位移型地震动作用下隔震层加速度以及位移响应较大。当峰值加速度输入一致时,永久位移型地震动作用下隔震层峰值加速度相较于非永久位移型地震动增大约10%～30%;永久位移型地震动作用下隔震支座最大相对位移相较于非永久位移型地震动增大约10%～40%;随着2种类型地震动峰值加速度的增加,隔震结构同一隔震支座的最大相对位移差值呈现出增大的趋势。     

工程场地活断层避让距离研究

当代地震学普遍认为,强震和活断层相关,强震的发生往往都伴随着活断层的错动。在合适的条件下,活断层的错动会产生地表破裂,地表破裂往往会对破裂带附近的建筑物造成巨大破坏。因此,如何在工程建设的场址选择中避开活断层是岩土工程界和抗震设计关心的问题。围绕着活断层的避让问题所开展的一系列研究工作是当前工程界和学术界的热点问题。本文以活断层地表破裂场地为研究对象,总结了活断层与地表破裂的关系、研究了地表破裂特征(宽度)、地表破裂与结构震害影响和地表破裂与地震动特征,在总结震害实例和理论分析的基础上,给出了工程场地活断层避让距离的估计方法及方案。主要研究内容包括:(1)分析了活断层与地震的关系、地震与地表破裂的关系。定义了本文地表破裂下的工程活断层判别流程;明确了强震地表破裂的定义及归纳破裂的条件;对工程结构避让地表破裂的重要基础依据——强震地表破裂原地重复性,从特征地震与地表破裂分段等方面进行了典型实例或证据论证;系统总结了地表破裂定位分析的手段及精度方法。(2)分析了地表破裂特征(宽度)。对地表破裂基本特征进行了系统地总结和分析,讨论了地表破裂的机理。系统地总结给出了地表破裂的模式,为地表破裂数值模拟奠定了基础;详细讨论了地表破裂的影响因素,并通过对强震地表破裂带宽度和永久地质变形带宽度的大量统计分析,首次给出了一整套考虑破裂模式、破裂影响因素的地表破裂带宽度的计算公式及示意图。(3)分析了地表破裂与工程结构震害的关系,即活断层工程场地结构的避让距离问题。通过5次典型强震地表破裂展布迹线两侧一定范围内的结构破坏分析,给出了避让距离的建议值;并通过这5次地震破裂迹线上的单体结构震害分析,首次建立了既有结构在地表破裂效应下类似震害的选比案例资料库。为活断层场地新建结构的选址和设计提供了重要参考依据。为考虑地表破裂效应下结构震害的数值模拟提供了基础资料。(4)研究了地表破裂及其地震动场的数值模拟。给出了理论计算分析的计算模型及参数的确定,特别是数值模拟工况中覆盖层较薄、土砂砾石二元结构的土体,多次重复破裂(地震重复周期内再破裂)对地震动的影响及规律。选取了近场脉冲型加速度地震记录和一般记录,分别进行了0.1g、0.2g、0.4g输入下的倾滑、走滑断层地表破裂带附近的各点峰值加速度、反应谱的对比分析,首次给出了基于抗震设计参数分析的活断层避让距离和地表破裂带附近的抗震设计反应谱参数,并对其合理性进行了分析。(5)本文提出了一种可操作,基于工程考虑的符合目前我国实际的避让距离估计方法。通过以地表破裂宽度、破裂长度为指标的确定性分析,和地表破裂可能性、破裂不同距离处结构倒塌密度函数的概率性分析,并结合破裂定位精度成果,给出了一种较系统、全面地能具体划分出避让区域或避让带范围的方法及其判别流程。通过破裂宽度统计公式及宽度理想示意图、结构震害避让距离建议值及单体建筑结构在破裂附近的震害效应分析、脉冲型地震波输入下的破裂带附近峰值加速度及反应谱等地震动响应分析等,经综合比较,给出了合理的避让距离数值。系统地总结了目前国内外较好的避让距离估计方法及其应用,对我国避让距离有关规定进行了补充。     

近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响

选择台湾集集地震和美国北岭地震的近断层地震动记录作为输入,考察了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同速度脉冲运动对单自由度体系和长周期橡胶支座隔震建筑结构抗震性能的影响.反应谱分析表明,破裂向前方向性与滑冲效应对工程结构地震响应的影响是随结构周期变化的.在中短周期段,含破裂向前方向性效应地震动的谱加速度值大于含滑冲效应地震动的谱加速度值;而在长周期段,含滑冲效应地震动的谱加速度大于含破裂向前方向性效应的谱加速度值.并且,与无脉冲地震动作用相比,含破裂向前方向性与滑冲效应脉冲的近断层地震动作用下隔震建筑的地震响应显著增大.滑冲效应引起的速度脉冲使隔震建筑底部的层间变形和楼层剪力明显增大,这意味着滑冲效应脉冲比向前方向性效应脉冲对长周期建筑结构的破坏更具危害性.     

活断层上破坏性地震引起近场强地震动的工程预测

我国正在开展大规模的城市地震活断层的探查,一旦发现城市区或城市临近地区存在地震活断层,评价它的地震危险性就会成为地方政府、社会公众所关注的问题.目前有一些基于经验的统计关系,可以结合探查的结果、地震活动性研究的结果,估计活断层上未来破坏性地震的可能最大的震级,从工程防震的角度可以称为最大设防地震MCE.大量震害调查、统计资料表明,人身伤亡和经济损失主要是由建构筑物等工程结构的破坏、倒塌造成的,强烈地震动是工程结构破坏的主要原因,也是地震地表破裂、滑坡、砂土液化等地基失效的外部条件.因此,在MCE的基础上预测强地震动,就成了城市地震活断层地震危险性评价的中心环节,当然,重点是近场的强地震动预测.     

近断层地震动对短肢剪力墙高层结构地震反应的影响

近断层地震动具有独特的上盘效应、破裂方向性效应和速度脉冲特征。本文分组考察具有这些运动特征的地震动对短肢剪力墙高层建筑结构地震反应的影响。选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,利用ANSYS软件对一幢12层短肢剪力墙结构建立空间杆件一壳元组合有限元模型,进行弹塑性时程分析。计算结果表明,近断层地震动上盘效应和破裂方向性效应明显增大短肢剪力墙结构体系的地震反应,短肢剪力墙高层结构的最大层间位移角发生在中部第5层,为0．98％,说明该结构已经达到中等破坏状态;脉冲型地震动效应与结构周期长短密切相关,对长周期结构脉冲效应显著。     

2015年尼泊尔Gorkha地震强地面运动记录分析

2015年4月25日在尼泊尔Gorkha地区发生M_W7.8地震,距离发震断层约11 km的KATNP台站完整记录了主震的加速度时程.本文根据KATNP台站记录的加速度数据分析了Gorkha地震的地震动特征.结果表明Gorkha地震在KATNP台站处产生的水平向峰值加速度为0.17 g,竖直向峰值加速度为0.19 g,该数值小于科学家们对如此大规模地震产生的地震动的预期,初步推测这可能是由加德满都山谷产生的非线性响应造成的（Dixit et al.,2015）;地震在KATNP台站处产生了地表永久位移,其中竖向永久位移为131.9 cm,水平向永久位移的绝对值为159.2 cm,方向为南偏西19°（199°）,据此可简单推算出断层走向约为289°（109°）.地震产生了脉冲型地震动,影响因素有盆地效应、地震破裂的向前的方向性效应以及滑冲效应,其中盆地效应的周期约为5 s左右,方向性效应产生的速度脉冲的周期约为8 s左右.加速度反应谱显示在0.5 s和5.0 s左右各有一个峰值,前者是由地震破裂的脉冲式滑移产生的大量高频地震动造成的,后者是由于盆地效应和地震破裂的方向性效应造成的.基于阿里亚斯烈度计算的地震动持时约在36~46 s之间,小于与其规模相当的地震产生的地震动持时,并且不同方向上的地震动持时可能与地震破裂方向有关.阿里亚斯烈度随时间的变化比较简单,也反映了Gorkha地震是一次连续的、能量释放相对简单的地震事件.     

地震动累积绝对速度相关参数研究进展与分析

核电厂和一些重要的工程结构遭遇地震时,采用合理的地震动阈值作为报警和关停的,可以有效减少工程结构破坏引起的风险。研究介绍了累积绝对速度(CAV)等相关变体参数的定义及其来源背景,论述了相关参数在地震工程研究中的应用。选取集集地震和汶川地震的地震动和烈度数据,探讨了CAV与结构破坏之间的关系,分析了峰值地震动加速度(PGA)和标准累积绝对速度(CAV STD)与烈度的相关性,以及表征结构初始破坏阈值的合理性。结果表明CAV STD和PGA均与烈度有正相关性,不同的地震,同一烈度对应的平均PGA和平均CAV STD有较大差异,而且烈度7度区的PGA和CAV STD作为判别结构初始破坏的阈值的可靠性较强。     

钢筋混凝土结构在近场脉冲型地震作用下的试验分析

选择了集集地震中三条含有大脉冲的脉冲型近场地震记录，并截取其加速度峰值所在的脉冲及相邻两个脉冲部分形成新的记录，将其作为地震输入，对两个完全相同的钢筋混凝土模型进行振动台台模拟试验，对试验结果进行了分析，比较两个模型的宏观破坏、模态、顶层位移，得出近场脉冲型地震动会引起钢筋混凝土结构严重的破坏，截取的主震脉冲时程对结构的影响效应在一定程度上完全可以等同于整幅地震动时程。     

阿尔奎斯特-普里奥罗地震断层区划法案：减轻加州地表断层灾害

为减轻加州地表断层破裂的灾害,1972年加州颁布了阿尔奎斯特-普里奥罗(Alquist—Priolo)地震断层区划(APEFZ)法案。该法案的主要目的是通过避免在活断层迹上建筑人类居住结构而减少这种建筑物的破坏。该法案所基于的概念是,断层未来的破裂将是最近一次破裂的继续,因此避开活动断层也就成为减轻灾害的首要方法。APEFZ法案不考虑地面震动、滑坡和土壤液化等由地震引起的灾害。     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

地震地表破裂特征及其对应的分析方法

介绍了Kocaeli地震和集集地震的板块构造和区域地震的活动特性，及地震引起的地表破裂，提出了一种基于动力学和界面系统的、局部宏观尺寸的震源动力破裂过程分析方法。归纳出基于材料破坏分析基础的地震地表破裂的5种主要特征，应用材料和界面本构描述的控制方程稳定性讨论，阐明了地表破坏类型对应的力学机制，提出了相应的分析方法。     

芦山7.0级地震强震动记录及其震害相关性

2013年4月20日芦山地震中的强震动记录是我国自2008年汶川地震后再一次比较全面地获得的高质量的数字强震动记录。国家数字强震动台网共获得3分量自由场记录114组,成都地震烈度速报台网获得63组。文章对强震动记录进行了常规处理,统计了强震动记录随断层距的数量分布情况,绘制了空间地震动加速度等值线图。结合芦山地震震源机制解和破裂过程研究成果,选取典型记录,分析加速度、速度时程的波形、振幅等特征,识别了此次地震滑冲现象,估算了竖向最大永久位移。通过利用观测数据与国外的地震动预测公式对比,分析了不同周期反应谱地震动幅值及加速度反应谱衰减规律,阐明了此次地震的地震动在近场高频成分较卓越的特点。震后现场考察了3个典型强震动台站附近建筑物震害,分析了地震动与工程震害的相关性,地震烈度的评定反映了地震破坏的程度。