地下洞室群随机地震响应研究中传递函数的应用探讨

在证明随机响应的统计参数可以用传递函数进行直接表达的前提下,将传递函数引入地下洞室群随机地震响应研究中,对白鹤滩水电工程13#机组剖面地下洞群进行了随机地震响应分析,并对之进行了地震动力可靠度的探讨。结果表明：较之常规方法,基于传递函数的方法除可得到洞室群的随机地震响应以外,还可同时得到洞室群的地震响应频谱特性,并可以直接利用传递函数得到确定性地震动输入下洞室群的响应值进行验证,显示对问题的研究具有更加深刻的优势;将所得到的随机地震响应结果与基于传递函数的确定性估算结果,与实际时程计算得到的确定性结果比较,吻合良好;首次采用超越破坏理论对地下洞室群进行地震动力可靠度分析的可行性,为地下工程抗震可靠度计算中如何以动力方式考虑地震荷载的随机性提供了一些新思路。     

深度衰减效应对大型地下洞室群强震响应的影响分析

介绍了大型地下洞室群强震反应分析所需要输入地震波的选用原则,重点考虑了场地的深度衰减效应,同时提出了一种假设来确定地震危险性分析提供的峰值加速度的所在位置。选用了两组攀枝花实测地震记录,同时利用三角级数叠加法综合考虑了深度衰减效应,合成了一组人工地震动,使用ABAQUS软件对某水电站大型地下洞室群进行了二维非线性强震动力时程数值计算分析。结果表明：生成的地震波能较好地模拟地下洞室群的地震响应,深度衰减对地震响应结果有明显影响,不同频谱的地震波相对位移-时程差距较大,但频谱参数的影响还有待于深入研究。研究成果对大型地下洞室群地震动输入问题研究具有一定的指导意义。     

基于小波包的地下洞室群地震响应及其频谱特性研究

基于有限差分数值模拟,在合理选择地震动力分析阻尼参数的条件下,开展白鹤滩水电工程13#机组剖面地下洞群围岩地震响应研究,并结合小波包变换方法从加速度峰值及振动能量角度评价了地震波在岩体中的传播规律及洞室群不同区域地震响应的频谱特征。结果表明：地震波传播过程中强度随高程增加而增加,层间错动带有一定减震作用;小波包分解可以较全面地给出地震响应成分的频率分布;地震波的高频分量在岩体传播过程中逐渐衰减;在地下洞室群附近,岩体地震响应的加速度峰值和振动能量频谱特征以1～3 Hz频段为主,其他频段对岩体地震响应影响较小。     

大型地下洞室群地震动输入机制探讨

当前地下工程地震稳定性分析中对地震响应规律研究较多,而对分析中地震动输入机制研究则明显不足。本文针对这一现状,对大型地下洞室群地震响应分析中的地震动输入机制进行了一定的讨论。首先提出将分析中所涉及的地震动分为指定的实测强震记录、优选的实测强震记录、人工地震波3类,分别讨论了每种地震动的选取方法,形成了一套实用性较强的选取流程。随后提出了对设计地震动基准面(点)的建议,并研究了基于基准面(点)的人工边界输入地震动量值的确定方法,形成了适用于高山峡谷地形下大型地下洞室群地震动输入方法。将上述地震波的合理选取方法和高山峡谷地形下大型地下洞室群地震动的输入方法相组合,最终形成了一套可操作性较强的高山峡谷地形下大型地下洞室群地震动的输入机制。最后以白鹤滩水电工程地下洞室群为工程实例,对本文提出的地震动合理选取方法和高山峡谷地形下大型地下洞室群地震动的输入方法进行了工程应用,表明本文的方法为工程抗震设防分析提供了优质的地震输入参数。     

高山峡谷地区大型地下洞室群非平稳人工地震动拟合

基于近场地震记录频谱分析,结合地震危险性分析得到的基岩场地反应谱,进行了高山峡谷地区大型地下洞室群的人工地震动加速度时程的合成。该方法使用三角级数迭加法,利用攀枝花地震动记录进行傅里叶变换,得到离散点的傅里叶幅值谱,选择两个卓越频率作为控制傅里叶谱的峰值控制点,通过反复迭代生成了初始人工地震波,根据高山峡谷地形进行了深度修正、基线校正和高频滤波,最终生成了可以用于FLAC和ABAQUS等数值分析软件的人工地震动加速度-时程。数值分析表明,此方法拟合的人工地震波可以较好地反映不同频谱对地下洞室群强震响应的影响。     

含软弱夹层顺层岩质边坡传递函数及其应用研究

基于大型振动台模型试验及传递函数理论,对含软弱夹层顺层岩质边坡的绝对传递函数和相对传递函数进行了对比分析,探讨了两种传递函数计算边坡动力特性参数的准确性,并对利用传递函数估算边坡频域动力响应的可行性进行了研究。研究结果表明,采用坡面及坡内加速度时程计算得到的传递函数曲线形态相近,幅值差别较小;相对传递函数实部比绝对传递函数实部小1,绝对传递函数和相对传递函数虚部重合,且两种传递函数虚部峰值两侧对称性较好,利用传递函数虚部计算边坡动力特性参数准确性较高。在频率大于10 Hz部分,相对传递函数模趋于1,绝对传递函数模趋于0。利用两种传递函数虚部及相对传递函数模计算得到的边坡固有频率十分接近。两种传递函数模计算得到的阻尼比比较准确,计算结果表明,含软弱夹层顺层岩质边坡的阻尼比大于均质岩质边坡。利用两种传递函数虚部及模计算得到的含软弱夹层顺层岩质边坡加速度振型相同。利用绝对传递函数估算含软弱夹层顺层岩质边坡频域动力响应的准确性高于相对传递函数估算结果。利用传递函数对输入地震动的频谱特性进行修正有利于保证含软弱夹层顺层岩质边坡动力响应研究输入机制的合理性。     

地下岩体洞室群地震响应的加、卸载响应比分析

将加、卸载响应比理论引入地下岩体洞室群地震响应分析中。以输入的地震加速度作为加、卸载,以洞室围岩的加速度作为响应,合理地确定了加、卸载响应区段。通过有限差分程序FLAC3D建立了白鹤滩水电站13号机组剖面数值分析模型,选用汶川地震波进行动力时程计算,探讨地下岩体洞室群的地震动力稳定性,研究结果表明：在100年超越概率2%的地震作用下,白鹤滩水电站地下洞室群围岩响应比峰值范围在4.05～11.52之间;结合应力及位移分析,主厂房拱顶及层间错动带C4在尾调室上游边墙出露部位的围岩均进入了非线性变形状态,但响应比在整个时程中并没有趋于无穷大,围岩没有发生失稳破坏;错动带两侧的围岩产生了一定的相对位移,会对尾调室的边墙稳定性产生不利影响。该研究方法可应用于一般地下岩体结构的地震稳定性分析中。     

一种简单的岩体地下洞室地震安全评价方法

提出了动应力集中因子代表值的概念,以合理反映地震荷载作用下地下洞室围岩的动应力集中程度,并将动应力集中因子代表值,作为洞室地震响应的关键特征来衡量洞室地震响应的大小。应用显示有限差分法,讨论了地震动加速度幅值、洞室埋深、围岩岩体级别、衬砌混凝土厚度、衬砌混凝土强度等级与动应力集中因子代表值的相关关系。研究表明,动应力集中因子代表值与这5个因素均近似呈线性关系。在此基础上给出了有（无）衬砌支护结构两种情况的地震安全评价公式,提出了岩体地下洞室的地震安全评价方法。应用提出的评价方法,分别对唐山余震地震作用下溪洛渡水电站超大型地下洞室群的地震安全性进行了评价,所得结果与Dowding-Rozen及Sharma-Judd的评价方法结果一致。分析还表明,文中提出的岩体地下工程的地震安全评价方法的评价结果是偏于安全的。     

地震作用下大型地下洞室群位移特征的若干影响因素分析

利用三角级数叠加法,考虑到基岩场地的深度衰减效应,生成了大型地下洞室群非平稳人工地震动加速度时程。然后利用动力时程分析法,对大渡河某水电站大型地下洞室群进行了非线性地震动力响应分析,研究在不同频谱人工地震波作用下地应力特征、峰值加速度和频谱对大型地下洞室群位移特征的影响。分析结果表明,地下洞室群相对位移随着侧压力系数和峰值加速度的增加而略有增加,不同频谱的地震波有着截然不同的位移特征。研究成果对高地震烈度区地下洞室群抗震稳定性分析具有一定的借鉴意义。     

传递函数分析在边坡振动台模型试验的应用探讨

传递函数分析对获取振动系统的动力特性参数及估算动力响应具有重要意义。边坡地震模拟振动台模型试验可求算两种传函：反映边坡各点的场地地震动特征的绝对加速度传函（基于测点实测加速度时程）和反映坡体本身振动性质的相对加速度传函（基于测点与坡脚即台面间的实测加速度相对时程）。以弹性体振动方程分析和试验实测,探讨了边坡振动台模型试验中动力特性参数计算的传函选择和以传递函数对动力响应的估算,得出结论：（1）不同于机械模态分析（以绝对传函的模和虚部计算动力特性参数具有等价性）,对于边坡模型试验,绝对传函实部和模混入了台面加速度影响,以绝对传函虚部或相对传函虚部才能正确计算动力特性参数;（2）传递函数和台面输入波形Fourier谱的逐频相乘得到动力响应估算谱,与测点实测响应Fourier谱吻合较良好,这种估算方法有助于对不同地震波作用下的边坡动力响应作出总体评价,并指导模型试验中地震波形的合理选取。     

考虑散射效应沉积河谷空间相关多点地震动模拟

提出了一种考虑地震波散射效应的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法。基于弹性波传播理论,采用合理功率谱、相干函数和传递函数模型,借助原型谱表示法得到沉积河谷空间相关多点地震动,并验证了方法的可行性。其中,传递函数应用动力边界元法计算,可在很宽的频带内精细模拟沉积河谷中波型转换及聚焦效应。针对常见V型河谷开展了计算模拟,结果表明,河谷地形及松软沉积层对地震波传播具有显著影响,河谷地表地震动空间差异性十分显著,一维模型难以考虑地震波的散射及聚焦效应,从而会明显低估沉积内部部分区域的地震动峰值加速度。沉积河谷中大跨结构抗震设计宜采用考虑地震波散射效应的空间相关多点地震动输入。     

Seismic Site Classification of Recording Stations in Tarai Region of Uttarakhand,from Multiple Approaches

Repeated earthquakes (EQs) are clear indication of alarming seismicity which can be witnessed across Indian subcontinent. Increase in population density with inappropriate construction practice repeatedly rise alarm that in comparison to damage scenarios experienced during previous major to great EQs in India, future catastrophes would be manifold. Performing regional seismic hazard as well as site response studies can possibly help in accurate estimation of probable future seismic scenario. Site class (SC) of EQ recording stations is an important part of both seismic hazard as well as site response analyses. In seismic hazard analysis, suitable attenuation relations are often selected based on comparison of recorded ground motion with proposed ground motion as per selected attenuation relation for the same SC. Thus, unless SC of recorded ground motions is known, suitability of selected attenuation relation cannot be validated. In addition, recent studies suggest that for same soil column, ground motion may amplify at the surface from minimal to very high depending upon input motion characteristics. Thus again, unless SC of recording station is not known, recorded ground motion cannot be considered with confidence as outcrop or base motion for region specific site response studies. In the present work, SC of eight recording stations located in Tarai region of Uttarakhand, India located adjacent to the Himalayan belt and which are part of PESMOS database, are established by three different methods namely; equivalent linear ground response analysis, generalized inversion technique and horizontal to vertical spectral ratio method. Collectively all these three methods suggest same SC for each of the eight recording stations including Roorkee, Rishikesh, Dehradun etc. Further, obtained SC based on the present study is considerably different from available SC as per PESMOS database. However, present findings are matching with recent published work. Obtained results can be very helpful in developing surface seismic hazard using regional ground motion records towards minimizing future EQ induced damages.     

边界条件对土层粘弹性地震反应的影响

边界条件是土层粘弹性地震反应必须考虑的问题。对于地表面，一般作为自由边界，而对于地下深处基岩面，边界条件有两种处理方法：一是静止边界，二是非静止边界的。首先给出了在时间域内单层地基一维土层粘弹性地震反应封闭解析解，然后从理论上分析边界条件对土层粘弹性地震反应的影响，认为采用静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程符合天然地震记录形式，而采用非静止边界进行土层地震反应计算得到的地震动加速度时程初始阶段出现较大幅度的振荡现象，随着土层厚度增加，这种振荡现象逐渐减弱直至消失。当土层阻尼较小或剪切波速增长时，振荡现象加剧；当土层阻尼比较大或剪切波速减小时，振荡现象减弱。此外，采用非静止边界进行土层地震反应计算，表现出随着土层厚度的增加，土层对基岩输入地震动的放大作用逐步转化为吸收作用。     

地下商场结构对地面运动影响的振动台试验研究

为了研究地下空间结构对场地地震反应的影响，以一个三层地下商场结构为原型，设计并开展了土?地下空间结构动力相互作用振动台模型试验，研究了在6条不同卓越频率输入地震波在不同峰值加速度下场地地震反应的变化规律。试验研究结果表明：（1）地表水平加速度放大系数以结构中轴线为对称轴呈对称分布，地下结构显著影响上方及邻近场地的地表水平加速度。同时，由于地下空间结构的局部场地效应影响，即使在水平地震输入下也将导致场地产生竖向振动，地表竖直加速度放大系数呈M形分布。地下空间结构的影响范围可达到其两侧各一倍宽度距离。（2）地表加速度放大系数受输入地震波卓越频率的影响明显，且随着输入地震波的峰值加速度（PGA）的增大而降低，但空间放大系数随着PGA的增大而增大。（3）地表加速度Fourier谱的峰值频率受输入地震波的卓越频率、场地水平方向的固有频率和竖向固有频率的综合影响。     

Seismic response of high concrete face rockfill dams subjected to non-uniform input motion

Analysis of the seismic response of high CFRDs under non-uniform ground motion input is conducted using a novel non-uniform input motion calculation method combined with nonlinear FEM. The non-uniform input motion calculation method and its basic assumption are validated. The response of CFRDs under uniform and non-uniform input is compared to discuss the necessity of conducting seismic analysis of high CFRDs under realistic non-uniform ground motion input. When the acceleration at the surface of the free field for dynamic simulations with uniform and non-uniform input is kept consistent, the seismic response of CFRDs under non-uniform input is in general significantly smaller, while the dynamic tensile stress around the edges of the concrete face slab is greater. The simulation results suggest that non-uniformity of the ground motion input has important effects on the seismic response of high CFRDs and should be considered in the seismic design of CFRDs. The influence of the incident angle of seismic waves is also investigated, with results indicating that the influence is waveform dependent, while being frequency independent.

     

Scales of Reservoir Heterogeneities and Impact of Seismic Resolution on Geostatistical Integration

Seismic measurements may be used in geostatistical techniques for estimation and simulation of petrophysical properties such as porosity. The good correlation between seismic and rock properties provides a basis for these techniques. Seismic data have a wide spatial coverage not available in log or core data. However, each seismic measurement has a characteristic response function determined by the source-receiver geometry and signal bandwidth. The image response of the seismic measurement gives a filtered version of the true velocity image. Therefore the seismic image cannot reflect exactly the true seismic velocity at all scales of spatial heterogeneities present in the Earth. The seismic response function can be approximated conveniently in the spatial spectral domain using the Born approximation. How the seismic image response affects the estimation of variogram. and spatial scales and its impact on geostatistical results is the focus of this paper. Limitations of view angles and signal bandwidth not only smooth the seismic image, increasing the variogram range, but also can introduce anisotropic spatial structures into the image. The seismic data are enhanced by better characterizing and quantifying these attributes. As an exercise, examples of seismically assisted cokriging and cosimulation of porosity between wells are presented.     

Lessons learned from two case histories of seismic microzonation in Italy

The prediction of the variability of the seismic ground motion in a given built-up area is considered an effective tool to plan appropriate urban development, to undertake actions on seismic risk mitigation and to understand the damage pattern caused by a strong-motion event. The procedures for studying the seismic response and the seismic microzonation of an urban area are well established; nevertheless, some controversial points still exists and are discussed here. In this paper, the selection of a reference input motion, the construction of a subsoil model and the seismic response analysis procedures are discussed in detail, based on the authors’ experience in two Italian case histories: the seismic microzonation of the city of Benevento, which was a predictive study, and the simulation of seismic response and damage distribution in the village of San Giuliano di Puglia, which was a retrospective analysis.