用小波变换能量线性度方法识别天然地震与爆破或塌方

为了提取天然地震和爆破或塌方记录波形在震源深度、震源尺度、震源破裂机制、地震波传播途径、地震波衰减等方面的差异特征信息,本对山东数字化台网记录的天然地震和爆破或塌方波形进行了小波多分辨率的能量线性度特征分析,提出了用小波变换能量线性度方法识别天然地震与爆破或塌方事件．结果表明：在精细结构小波分解信号“能量”线性度方面,天然地震主要集中在-2．0～1．0之间,爆破或塌方主要集中在2．0～3．4之间;在精细结构小波分解信号“能量”最大值对应的小波分解尺度方面,爆破或塌方主要集中在4～5,频段集中在0．7～3．1Hz之间,而天然地震主要集中在1～2,频段集中在6．25～25Hz之间．     

地震的应变张量观测与应用前景

地震发生时的动态应变场,在研究地震触发、地震破裂、地面破坏、水文和岩浆变化等方面都具有重要应用意义.地震的应变张量观测和现有的惯性地震仪观测的物理量不同.前者可以直接记录到地震发生时震源辐射的应变(应力)波,而后者记录到的是位移、速度或加速度.地震频率的应变测量在地震学中的应用前景主要表现在:①测量震源机制解理论预言的辐射4象限分布;②测量库仑应力变化;③换算成动态应力以评估地震烈度;④测量地震波的能量密度;⑤测量地震断层形变加速和形变局部化过程.用惯性地震仪的记录虽然在理论上也可以解算出动态应变值,然而种种原因导致计算结果的误差很大,往往不可接受.应变张量地震仪若能与现有的惯性地震仪配套起来,形成大规模台阵,则有可能推动应变地震学的诞生,在地震观测和地震学科领域引起重大革新.     

利用小波重构合成地震波方法及特性研究

针对傅里叶变换合成地震波理论的不足,提出一种利用小波重构合成地震波的方法. 以控制频带能量为标准,推导了合成地震波的公式. 运用抗震设计规范中的相关设计参数合成了地震波,并分析研究了在合成地震波时小波函数基的选取方法和阻尼比对合成结果的影响. 结果表明,用小波重构合成的地震波能够反应地震波基本特性和场地特征周期,并具有很好的时频非平稳性.      

地震波诱发的深部地层动应力机制及断裂位移研究

借鉴弹性波动力学理论和爆破地震应力计算方法,结合地震波在岩层中的折射效应,以地震波加速度为基础数据,分析岩体在地震波作用下的受力。以汶川地震影响下的龙门山前陆盆地地下岩层的受力变形情况为例,通过计算分析和数值模拟,证实所用方法在求解分析地震波在各向同性岩石层间传播动力的可行性。同时验证汶川地震造成龙门山前陆盆地地下深部地层的断层破坏。      

盆地构造地震地面运动速度和加速度分布特征的数值模拟

本文用错格实数傅里叶变换的拟谱法的数值模拟方法分析了地震波在冲积扇、盆地等不均匀地震构造体区域的传播过程和地面运动分布. 结果表明, 地震波由岩石区进入盆地结构后,在盆地内上下多次反射振荡,对地面建筑物可能形成多次连续的振动和破坏,仅有极少量地震波能量返回岩石区域中,这是防灾研究中值得注意的地面运动特征;地震波在盆地边界地质构造条件下,形成的地震波体波与次生面波动的叠加干涉形成了大振幅的地面运动,它可能导致建筑物的极大破坏;破坏峰值的空间位置可能远离岩石和盆地沉积层的边界或者地震断层的位置.     

基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析

利用小波多分辨率分析将地震动加速度分解为多频段小波分量,并运用复模态方法推导其计算层间隔震体系在地震作用下的动力响应公式,讨论各频段地震信号及结构响应的能量分配。同时利用小波时频工具分析地震动能量在时频域内的分布对层间隔震结构响应的影响,进而为考察地震动非平稳性对层间隔震结构非线性分析的影响提供方法。利用小波分析的以上优势,对一典型层间隔震结构分别进行弹性和弹塑性分析,结果表明弹性体系在地震作用下的响应可由该地震波各小波分量的响应叠加而得,地震动能量在时间上的集中会对层间隔震结构响应产生不利影响。     

小波分解与重构在地震活动性研究中的应用

利用小波变换具有的多分辨率特点, 将时域信号通过小波分解与重构, 分解到不同的频带上。 分解步长的确定, 采用不同尺度近似信号标准差变化平缓段的最小尺度值, 从而避免了人为选择分解阶数可能造成的不完全分解或过度分解。 分解后的信号不仅在频率成分上较单一, 且平稳性较好。 然后对小波分解重构后不同尺度的信号分别采用自回归滑动平均混合模型进行预测, 再合成原始信号的预测值。 对半年尺度的最大震级序列和地震总释放能量序列的一步预测, 结果表明这样做有效地提高了预测精度, 一步预测结果与实际观测结果不仅相关性高, 而且两者的残差曲线离散性小, 以此对未来地震形势的判断较目前常用的方法更为可靠。     

基于快速傅里叶变换的地震波加速度构成及其幅频特性研究

根据2008年汶川M_S8.0地震广元曾家台(GYZJ)的强震记录,运用Matlab软件对东西向55—75 s的加速度时程进行快速傅里叶变换,得到有限复傅里叶系数,从而将离散的加速度记录转化为加速度随时间变化的函数表达式. 该表达式中包含了50组不同频率的正弦波和余弦波,由此确定了地震波加速度的主要构成. 经回归分析可知, 函数计算值与原始记录的相关系数R为0.9,拟合程度良好; 利用SeismoSignal软件对地震波加速度时程进行谱分析,结果表明在原来的波中频率约为2.8 Hz的谐振分量振幅最大且0—10 Hz这一频段的波最为丰富. 这一结果与函数表达式中频率与振幅的分布基本吻合, 为深入研究汶川地震的动力特性及其对山体动力效应的分析提供了重要的理论依据,具有广阔的应用前景.      

基于聚类经验模态分解（EEMD）的汶川MS8.0强震动记录时频特性分析

在2008年5月12日汶川MS8.0地震中,四川数字强震台网共获取了133组三分向加速度记录. 本文选取了一些不同断层距的台站所获取的强震动记录进行了处理和分析．在数据处理中,采用基于聚类经验模态分解（EEMD）提取信号时频特性的方法,有效获得了信号能量的时频分布,提取了中心频率、 Hilbert能量、最大振幅对应的时频等特性,并与傅里叶变换、小波变换进行了对比研究．研究结果表明, 对非线性的强震记录采用聚类经验模态分解（EEMD）能抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题;与傅里叶变换和小波变换相比发现, HHT边际谱在低频处幅值高于傅里叶谱;与小波变换受到所选取的母波强烈影响不同, HHT直接从强震记录中分离出固有模态函数（IMF）,更能反映出原始数据的固有特性, Hilbert谱反映出大部分能量都集中在一定的时间和频率范围内,而小波谱的能量却在频率范围内分布较为广泛．因此,基于EEMD的HHT在客观性和分辨率方面都具有明显的优越性,能提取到更多强震加速度记录的时频特性．      

地震波类型对砂土震陷影响的数值模拟分析

地震波是一种随机的、不规则作用的动荷载脉冲,可分为振动型和冲击型。不同类型的地震波会对砂土液化和变形等产生重要影响,而传统的砂土震陷计算方法往往忽视这种因素,只考虑最大加速度幅值。通过编写UMAT子程序,在非线性有限元软件ABAQUS中开发亚塑性砂土边界面模型,对不同地震波类型下不同相对密度的砂土进行动单剪试验模拟,得到一系列砂土剪应变及竖向应变的时程曲线,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明:在同一工况下,同类型的地震波引起的砂土竖向应变相近,不同类型引起的竖向应变差异明显;振动型地震波比冲击型引起的竖向应变更大。     

Seismic response of offshore structures in random seas

A study of the dynamic response of offshore structures to simultaneous loadings by random earthquake ground motions and random sea waves is presented. Emphasis is placed on the evaluation of dynamic soil-structure interaction effects and also on the evaluation of non-linear hydrodynamic damping effects due to sea waves for the seismic response. The structure is discretized using the finite element method. Sea waves are represented by Bretschneider's power spectrum and the Morison equation defines the wave forcing function. The Tajimi-Kanai power spectrum is used for the horizontal ground acceleration due to earthquakes. The governing equations of motion are obtained by the substructure method. Response analysis is carried out using the frequency-domain random vibration approach. It is found that the first few vibrational modes contribute significantly to the dynamic response. The response due to earthquake loadings is larger when the soil-structure interaction effects are considered. The hydrodynamic damping forces are higher in random seas than in still water and sea waves reduce the seismic response of offshore structures. Studies on the first passage probabilities of response indicate that small sea waves enhance the reliability of offshore structures against earthquake forces.     

海南地区5口井水位对汶川地震的同震响应及其频谱分析

对比海南地震台网记录的汶川MS8.0地震的地震波形,分析了海南5口井的高采样率数字化水震波波形特征。采用傅立叶变换和小波分解方法,对海南前兆台网5个台水位仪在汶川MS8.0地震中记录到的高采样率数字化水震波进行了频谱分析,结果显示地震波的不同波组激发的水震波波组差别较大,5口井的水震波周期跨度很大,从10多秒到1000多秒,不同井孔的水震波幅度差别较大。同时还初步分析了水震波的形态和水震波各个频率组的形成机理。     

土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

以南京地铁为背景,开展了深厚软弱场地土-地铁地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验研究。在试验中获得的主要数据有:模型体系的加速度反应时程、模型结构的应力反应时程和结构表面的土压力时程等。本文对试验反映的地铁车站结构的动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析。结果表明:车站结构的中柱应变反应明显大于别的构件,同时,深厚软弱地基上车站结构侧墙底部的应变反应也明显大于侧墙顶部的反应,其中,车站结构顶板、中间层楼板和底板的应变反应都很小;输入地震动的频谱特性对车站结构应变反应的影响是不同的,在同一加载情况下,在台面输入傅氏谱频宽最大的南京人工波时车站结构应变反应最大。     

求解反应谱的小波方法及汶川地震反应谱分析

采用四阶基数B-样条小波模拟地震动加速度时程,进而建立一种求地震反应的通用方法,解的误差仅来自于对地震动加速度时程的模拟。并用小波分解,将地震波分解为不同周期成分之和,以各分量最大加速度值的大小来衡量其在原波中的比重,可以清楚看到距震中不同远近地震波的性态,并做定量分析和观察各分量卓越周期的变化。求地震波及各分量的反应谱,从各分量的标准加速度反应谱中,可以看到地震波不同周期分量对体系固有周期的影响,这是以往做不到的。将上述方法应用于汶川8.0级地震加速度记录,研究不同地震记录的性态。     

Earthquake strong motions recorded by a large near-source array of digital seismographs

Specially designed arrays of strong-motion seismographs near to the earthquake source are required for seismological and engineering studies of the generation and near-field properties of seismic waves. The first such large digital array, called SMART 1 (with radius 2 km and 37 accelerometers), to record substantial ground motion (up to 0·24g horizontal acceleration) became operational in late 1980 in a highly seismic region of Taiwan. During the first 6 months of operation, SMART 1 recorded nine earthquakes with magnitudes ranging from M_L 3·8 to 6·9. Three were located directly below the array at focal depths of 59 to 76 km. The remaining six had shallow depths and epicentral distances from 7 to 193 km. Digital records from 27 three-component accelerographs were obtained from a magnitude 6·9 (M_L) local earthquake on 29 January 1981. Representative measurements are described of seismic wave coherency and power spectrum as a function of wave number, frequency, azimuth of propagation and wave type. Acceleration waveforms varied significantly across the array for each event. On average, peak acceleration of horizontal components was about three times that of the vertical component. Relative spectral changes from earthquake to earthquake were large.     

2001年1月强震的前兆次声波测量及机理探讨

频谱分析结果表明 :(1) 2 0 0 1年 1月 (含两次 8级地震 )的测量结果与 1999年 1月～ 7月、 2 0 0 0年 4月～ 2 0 0 1年 4月观测结果具有相同的规律 ,强地震前约 10天内常能测到振幅很强、方向可测的地震前兆次声波。其三维动态频谱的典型特点是振幅由弱 (10Pa～ 2 0Pa)变强 (80Pa以上 ) ;最后的周期范围很宽 (2分～ 6 5分 ) ;波形明显不同于流星雨次声和大风次声。 (2 )强震前兆次声三维动态频谱的最大振幅不仅受震级大小影响 ,而且与震源距离及深度等其它因素都有关。 (3)强震前长周期波的产生机理 ,主要有断层预滑理论、断裂预扩展理论和流体撞击假说 ,而前兆次声波很可能是由地壳中的长周期波耦合到空气中形成。 (4 )岩石破裂实验证实主破裂前在岩石表面和空气中均收到较强的低频波。 (5 )若在北京和昆明各建足够大的三点阵测准波向 ,两直线相交 ,即可预测国内的震中位置 ,这就可能为临震预报提供一种较有效的新方法     

大型电气设备瓷套管地震易损性分析

通过对电气设备进行增量动力分析(IDA),得出在不同地震波作用下瓷套管根部的应力值,回归分析得出瓷套管应强比(RSS)与地震峰值加速度(PGA)的关系式.以瓷套管应强比作为整体性能指标,进行地震易损性分析,得出瓷套管在不同破坏状态下的应强比值区间,给出瓷套管地震失效概率与地震峰值加速度之间的计算公式,并绘制瓷套管在不同...     

Dynamic shear modulus of undisturbed soil under different consolidation ratios and its effects on surface ground motion

The dynamic shear modulus for three types of undisturbed soil under different consolidation ratios is presented by using the resonant column test method. Its effects on surface ground motion is illustrated by calculation. The test results indicate that the power function is a suitable form for describing the relationship between the ratio of the maximum dynamic shear modulus due to anisotropic and isotropic consolidations and the increment of the consolidation ratio. When compared to sand, the increment of the maximum dynamic shear modulus for undisturbed soil due to anisotropic consolidation is much larger. Using a one-dimensional equivalent linearization method, the earthquake influence factor and the characteristic period of the surface acceleration are calculated for two soil layers subjected to several typical earthquake waves. The calculated results show that the difference in nonlinear properties due to different consolidation ratios is generally not very notable, but the degree of its influence on the surface acceleration spectrum is remarkable for the occurrence of strong earthquakes. When compared to isotropic consolidation, the consideration of actual anisotropic consolidation causes the characteristic period to decrease and the earthquake influence factor to increase.     

汶川MS8.0级地震前后ULF电磁辐射频谱特征研究

本文基于电磁波频谱理论研究方法,对2008年四川汶川M_S8.0地震前后金河、剑阁及郑州二砂三个电磁波台站的观测资料进行FFT和小波变换分析,研究了电磁辐射数据快速傅里叶频谱变化特征和在不同尺度下小波变化的分解,发现在汶川地震前确实有异常信息存在.结果表明:(1) FFT动态谱图像说明,地震前电磁波频谱变化特征较明显,在时间、频段上均显示了阶段性进程特征,且随着震中距的增大,辐射能量越小,异常出现的时间越晚;(2) 小波分解显示了地震前电磁波异常信号低频部分出现的时间较早;距震中较近的台站,异常信息在高频部分相对明显;距震中稍远的台站,异常信息在低频部分相对明显.     

不同时频特性近断层地震作用下的结构响应研究

研究不同时频特性的地震波作用下,抗震结构和隔震结构耦合设备的动力响应,对五层钢框架振动台模型试验数据进行小波分析。结果表明:主结构动力响应与地震波时频特性直接相关;由于主结构和隔震支座的滤波作用,设备的动力响应受地震波时频特性影响显著,但不具有直接相关性;隔震结构可以使设备的频率远离主结构的频率,从而降低设备的放大系数;设备耦合之后主体结构加速度的变化趋势取决于不同时频特性的地震波能量分布。