地震动空间相干函数的极限性质

基于弹性理论中旋转与平移之间的微分关系,研究了当空间两点间距离趋于零时地震动空间相干函数的极限性质．结果表明,为满足这一微分关系,在建立小范围地震动随机场模型时,空间相干函数的选择必须满足一定的函数特征,不能完全凭经验统计方法来验定其函数形式．同时指出,基于随机地震动场估计旋转地震动分量功率谱密度的关键,是精确地确定地震动空间相干函数关于空间坐标的二阶导数．     

场地条件对地震动相干函数的影响

本通过弹性半空间内位错源的数值解法研究了曲岩地震动相干函数，采用有限元方法分析了一些典型场地的地表地震动相干函数，两的对比结果表明：复杂场地对地震动相干函数的影响强烈。     

截止频率的取值对地震动空间相干函数统计结果的影响

以SMART-1台阵第45号地震的南北分量加速度作为研究对象,计算截止频率f_cut分别为8,16和24 Hz,台站间距分别为200,1 000和2 000 m这9种工况的相干系数,并进行曲线拟合,再根据9组拟合参数计算相应的相干系数并进行比较。结果表明:① 截止频率f_cut的取值对相干函数统计模型参数和相干系数拟合曲线有很大影响;② 根据较小的截止频率f_cut得到的拟合参数计算出的相干系数随频率的衰减很快,反之,根据较大的截止频率f_cut得到的拟合参数计算出的相干系数随频率的衰减较慢;③ 当使用由确定的截止频率f_cut得到的相干系数拟合参数计算超出截止频率f_cut范围的相干系数时,将产生很大的误差。      

面向设计应用的地震动空间相干函数模型

本文对现有的常用地震动空间相干模型进行了总结,提出了一个新的面向工程抗震设计应用的形式统一的地震动空间相干函数模型,在此基础上推导出了多点地震反应谱和功率谱计算所需要的振型组合系数的解析表达式,避免了耗费时间的数值积分运算。本文模型与计算方法使多点地震激励下结构响应的计算时间减低至积分方法的1/20以下,使多点地震反应谱方法和多点地震功率谱方法在计算时间方面实用化。     

地震动空间相干函数模型中拟合参数的修正

采用SMART-1台阵第5次和第45次地震的水平向分量加速度记录,首先计算了不同间距台站对的地震动空间相干函数;然后讨论了台站距离对相干函数拟合结果的影响,即某一特定距离的相干函数与所有不同距离的相干函数的拟合结果存在明显差异。为减小这一差异,提出了一种对各个不同距离的相干函数拟合参数进行二次回归的方法,并选用Loh相干函数模型进行了验证,最后给出了基于Loh相干函数模型的拟合参数的修正结果。结果表明本文提出的修正方法将大大提高相干函数模型中参数的拟合精度。      

地震动空间变化随机描述及相干函数模型研究进展

本研究主要讨论地震动空间变化的随机描述.首先给出了基于密集地震台阵记录估计相干函数的方法,并对计算中需要关注的问题给出了相应的解释;然后对现有的经验和半经验相干函数模型的建立进行了详细的梳理,并对模型在工程应用中的适用性、有效性和局限性进行了讨论;最后通过对比分析不同相干函数模型对场址地震动空间相关性的模拟结果,对相干函数模型的选择提出了建议.     

强震动台站观测环境对地震动的影响分析

强震动观测记录是地震工程学和工程应用的基础,现今亦日益成为地震学研究不可或缺的数据,其不仅用于确定抗震设计参数、研究空间地震动变化规律、发展地震动衰减模型及确定结构抗震设计地震动输入,而且成为研究震源破裂过程、震源机制解、地震预警与速报的关键性资料。随着强震动台网建设发展,其台站观测环境的影响越来越突出,因此,研究强震动台站观测环境对地震动的影响对于提高强震动记录的质量,更好地发挥强震动记录的作用,具有重要的现实意义。论文围绕强震动台站观测环境对地震动的影响这一主线,以COSMOS强震动台站设计规范和我国强震动台站的设计规范为基础,概要介绍了强震动台站的选址现状,指出了强震动观测现存的主要问题。论文从强震动台站观测环境、基墩建设、地形影响和仪器一致性等台站建设中的关键环节进行分析,通过数值模拟、强震动观测及振动台试验,定量评价各环节对强震动观测质量的影响,为强震动观测台站建设技术标准或规范提供基础依据。论文主要的研究工作如下:(1)采用集中质量显式波动有限元方法,定量分析了回填土、基坑及置换方案建设的强震动台站对场地地震动的影响,探索了回填土的剪切波速和厚度、基坑尺寸及置换土层厚度等因素对地震动的影响规律。数值模拟结果表明,回填土、基坑及置换方案建设的强震动台均对地震动峰值和反应谱有一定的影响,这为回填土和重塑土场地上的强震动观测台站的自由场确定提供了参考依据。(2)分析了汶川地震中宜宾高场强震动台所获取的异常强震动记录,采用人工触发试验重复验证了宜宾高场台汶川地震记录的异常原因;以此台为数值模拟原型,构建了考虑仪器墩高和横截面尺寸的24个不同数值分析模型,研究了仪器墩高和横截面尺寸对地震动的影响。结果表明,宜宾高场强震动台记录中高频成分和非对称异常产生的原因是仪器墩未能和地基牢固接触,在强地面运动作用下仪器墩不能与地面产生相同的整体运动,从而形成了两者间的相对运动并造成了局部的接触碰撞效应;仪器墩高和横截面尺寸的大小对地震动幅值和反应谱有一定的影响,为减小这种影响,建议仪器墩高不超过0.8m、横截面尺寸不超过1.2m×1.2m。(3)分析了观测台站的地形环境对地震动的影响。通过地脉动谱分析了什邡八角强震动台站观测的地震动受河谷地形影响的范围,指出了不受河谷效应的影响、在远离河谷60m处的场地接近自由场地,并利用参考场地谱比法给出了什邡八角台站地震动受河谷地形影响的修正因子;同理,给出了江油含增强震动台站受通讯塔影响的修正因子。采用二维显式波动有限元方法,研究了不同波长与坡高比值的边坡地震响应特征及规律,并分别将地形边坡两侧自由场地的峰值位移作为基准,计算距坡脚和坡顶不同距离的峰值位移的比值,给出了自由场点距坡脚和坡顶的水平向距离,为边坡地形强震动台站选址参考使用。同时,场地的地形效应分析表明坡顶对地震动的影响较坡脚明显。此外,自由场点距坡脚和坡顶的水平向距离与地震动的卓越周期密切相关。(4)根据中国数字强震动台网中4种记录器和2种加速度计的5种组合,进行了不同地震波输入下的振动台试验,对在相同输入下不同组合强震仪的记录进行对比分析;为进一步验证振动台试验结果,利用上述两种组合的强震仪在汶川地震余震中捕获到的并址观测记录,进行了相关对比分析,检验了振动台试验结果。结果表明,5种不同组合的仪器记录加速度波形一致性较好。此外,对同一型号的Basalt型数字式强震仪和ES-T三分向力平衡式加速度计开展了技术参数测试和设备一致性实验测试,测试结果表明该类型设备工作可靠,一致性较好;并进一步开展了传感器安装偏转对强震动观测结果影响的实验测试工作,实验测试结果表明一定程度上安装偏转得到的数据和正确安装得到的结果差别不大。     

沿深度方向地震动相干函数影响因素分析

基于KiK-net台网强震记录,探讨震级、震中距、场地类别及测点高差等对沿深度方向相干函数的影响规律。结果表明:①水平分量的相干函数值随频率变化规律相同,竖向与水平分量间的差异较大;相干函数值随频率和测点高差的增加而减小;Ⅲ类场地较之Ⅰ,Ⅱ类场地,所记录的相干函数值随频率增加而衰减的速度更快。②近场(R≤300 km)相干函数值大于远场(R>300 km);震级对相干函数的影响规律不明显;不同场地记录沿深度方向地震动相干性不同,建议选用王招招模型描述Ⅲ类场地地震动相干性,Harichandran模型描述Ⅰ,Ⅱ类场地地震动相干性。③基于日本"3·11"地震记录拟合得到了按震中距分段的相干函数模型参数值。     

地震动空间相干效应对大跨度斜拉桥随机地震反应的影响

随着斜拉桥跨度的增大,地震动空间效应对结构地震反应的影响成为新的研究课题.基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,分析地震动空间相干效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响规律.研究表明:考虑地震动相干效应后,结构的内力和位移响应明显增大,且相干效应对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.由此得出结论,对大跨度斜拉桥进行随机地震响应分析时,必须考虑地震动的空间相干效应.     

断层附近地面地震动空间分布

运用震源位错模型, 分析矩形垂直断层及倾斜断层走向滑动和倾向滑动的近场地震动场,以地表地震动的傅立叶振幅谱比为参量考察断层附近地震动空间分布的特点. 结果表明, 断层附近的地震动强度主要受近旁子断层的控制,高强度的地震动分布在紧靠断层两侧有限的带状区域内,长周期分量受断层破裂传播方向性的影响. 走向滑动的方向性影响主要表现在垂直于断层走向的分量,倾向滑动则表现在平行于断层走向的分量,且深震在地面上引起的地震动强度分布比浅震要平缓,影响范围宽. 倾斜断层产生的地震动有明显的上盘效应,空间分布不对称,与观测结果相符. 最后给出了断层附近近场地震动强度分布拟合函数的表达式,并与美国的1997统一建筑规范规定的近场因子作了比较.     

竖向地震动强度包络函数的空间变化规律

利用SMART 1台阵三次地震记录拟合了各个测点在地震中的竖向地震动强度包络曲线及Amin 和Ang的强度包络函数中各模型参数值,分析了各模型参数的空间变化规律,建立了各模型参数随二维空间坐标及土层厚度变化的随机模型,为多点地震动合成中竖向强度包络函数的计算提供了理论依据。     

基岩地震动的一个相干函数模型--倾滑断层情形

本文研究了基岩随机地震动的空间变化规律，考虑了震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响。对应于每个样本，用数值模拟方法计算了采用震源位错模型的弹性半空间近场地震动场，最后通过统计方法给出了一个倾滑断层情形下的近场基岩地震动的相干函数模型。这一方法可以补充常用的统计方法因观测资料有限而导致的欠缺。     

津滨海地区地震动空间分布研究

以天津滨海及邻区开展的200余口地震工程钻孔资料及相应的土动力学试验资料为基础,参照地震小区划的技术思路,研究了天津滨海地区的地震动空间分布特征. 首先,以0 02.×0.02°度网格控制点对滨海地区进行地震危险性分析.     

震源对地震动空间相关性影响的定量研究

在震尖为线性破裂断层模型的假定下,本文根据震源理论和波谱随空间坐标的展开式,定量分析了震源对地震动空间相关性的影响,得到了场地上相距为ｄ的ａ、ｂ两点地震动的Ｆｏｕｒｉｅｒ谱的关系式为Ａｂ（ｆ）＝Ａａ（ｆ）ｅｘｐ（ａ１δｒ０＋ａ２δθ）。其中ａ１,ａ２为与震源参数、介质我和场地位置相关并随频率变化的两个复数,δｒ０与δθ为与台丫相对位置有关的参数。本文给出了计算ａ１和ａ２的理论公式,并对ａ１和ａ２的     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

基岩地震动的一个相干函数模型-走滑断层情形h

目前研究地震动空间变化的主要方法是利用密集台阵（如SMART1台阵等）的强震观测记录进行统计分析，由于地震动观测资料的不足，因而缺少基岩及不同场地类别地震动相干函数模型. 本文利用数值方法了模拟理论地震图，进而研究采用震源位错模型的基岩随机地震动的空间变化规律，并考虑震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响. 其具体思路为:首先对应于每个样本，用有限差分数值模拟方法计算弹性半空间近场地震动场，而后对所有样本的计算结果进行统计，给出了一个走滑断层情形下的近场基岩表面及沿基岩竖直方向水平分量地震动的相干函数模型.      

地震动的空间变异性对多支承结构的影响

导致地震动空间变异性的原因主要在于：几何不相关性效应、行波效应、局部场地条件效应。利用时程分析的方法分析了单跨框架结构和美国Las Vegas市区内某24跨立交桥的简化模型，对地震动空间变异性三个主要因素的单独影响、综合影响分别进行了系统分析。结果表明地震动的空间变异性改变了一致激励下结构的动力反应，并且引入了一致激励情况所不存在的拟静力反应，对结构的总反应具有很大的影响。与较激励的情况相比，结构的反应可能增大，也可能减小，这依赖于结构上截面位置、场地条件和所采用的地震动时程样本。     

陕西省地震动衰减及台站场地响应研究

利用陕西省测震台网的25个台站和2008—2010年所记录到的19个地震进行了陕西省Q值及台站场地响应值的计算,得出非弹性衰减Q值随频率f的关系为Q（f）=826.57f 0.3538。这说明陕西省处于高Q值区域,地壳相对较稳定,地震活动性相对较弱。计算得到的陕西省数字测震台网25个台站的场地响应值,其中,只有铜川台（...     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.