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。     

地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应的试验研究

以青藏高原金沙江流域下归洼滑坡为原型,开展了含软弱夹层的顺层岩质斜坡振动台模型试验,基于斜坡峰值加速度PGA的放大系数和Hibert-Huang变换（Hibert-Huangtransform,简称HHT）时频特征分析地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应规律。试验结果表明：斜坡在地震作用下表现出明显“高程效应”和“趋表效应”,PGA在坡表距离坡底1/4高度处、坡顶、软弱夹层处较大。随着输入地震动强度的增加,斜坡刚度逐渐降低,自振频率逐渐减小。当输入波幅值达到0.7g之后,斜坡发生开裂和结构变形。输入波幅值相同的情况下,PGA放大系数与高程呈正相关,同一测点随着输入波幅值增加,放大系数逐渐下降,不同输入波的类型和时间压缩比对斜坡动力响应影响差异较大。Hilbert谱显示,高程和软弱夹层对地震波能量有放大作用,高频部分的能量放大尤其明显。Hilbert边际谱表明,软夹层作用下高频部分的累积能量放大明显,在坡表距离坡底1/4高度处的测点能量突然增大,与加速度放大效应部分的结论类似;Hilbert边际谱显示,随着输入地震波幅值增加,高频部分和代表斜坡自振频率部分的累积能量逐渐降低,输入地震...     

基于聚类经验模态分解的地球天然脉冲电磁场时频与能量谱分析:以芦山M_S7.0地震为例

针对地球天然脉冲电磁场信号的非平稳、非线性特点,本文采用基于聚类经验模态分解(EEMD)提取信号时频特性的方法,有效获得了芦山MS7.0地震前地球天然脉冲电磁场信号的时频分布特性、瞬时能量谱、能量集中分布的频段、最大振幅对应的时频分布等特性。对比经验模态分解(EMD)的希尔伯特-黄变换(HHT)方法,EEMD有效抑制了以往EMD分解过程中所出现的模态混叠问题。文章还将EEMD和傅里叶变换、小波变换进行了对比研究。结果表明,对于非平稳的地球天然脉冲电磁场数据,采用EEMD分解的HHT方法更能反映出原始数据的多种固有特性,便于进一步了解地震前地球天然脉冲电磁场的特点。     

汶川M_s 8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。     

常用时频分析方法的瞬时Teager主能量储层检测对比研究

地震谱分解技术能够从地震数据中提取丰富的地质信息,当层位中含有储层时,能量衰减就会出现“高频衰减,低频共振”的异常现象,瞬时Teager主能量这一地震属性能增强这种能量衰减异常现象,更有效地突出油气区域。首先利用测试信号对比分析了短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换的时频聚集性;然后利用短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换获得实际数据的时频表示,再利用时频表示计算地震数据的单频瞬时Teager能量和瞬时Teager主能量,并比较了不同时频分析方法的瞬时Teager主能量在储层预测方面的性能。研究结果表明基于平滑伪Wigner-Ville变换的瞬时Teager主能量储层预测效果最好,可以有效地区分储层和岩石层。     

基于间接边界元法的近断层沉积谷地地震动模拟

将间接边界元方法拓展到近断层复杂场地地震动模拟求解,通过建立有限断层二维运动学模型,量化分析了走滑型断层逐次破裂错动下近场沉积谷地地震动放大效应。首先,将断层上、下盘以及沉积谷地分为不同的计算域;其次,在频域内通过利用不同交界面的应力、位移边界条件来建立边界积分方程,离散求解得到虚拟荷载密度,进而得到频域内场地的地震反应,时域结果由傅里叶变换得到;然后,通过与解析解对比验证了该方法的准确性;最后,分析了近断层沉积谷地地震动放大规律;研究了断层上界埋深、断层倾角、沉积谷地断层距以及断层单元的破裂速度等参数变化对场地地震反应的影响。结果表明:沉积谷地对近断层地震动幅值具有明显的放大效应,所分析模型加速度反应谱峰值可放大4.64倍;在沉积谷地内部,地震动持时明显延长,同时会出现幅值更大的长周期速度大脉冲;近断层地震动震害具有典型的集中效应,断层距增大10 km,半空间地表位移衰减大于50%。为近断层复杂场地地震动模拟提供了一种新的有效方法,对近断层复杂场地地震区划和工程结构抗震设计具有重要意义。     

跨越走滑断层黏土地层动力响应离心机试验研究

地震中基岩走滑断层活动引起跨断层地下结构物破坏,上覆土层的非一致响应机制尚不明确,隐伏裂缝影响规律认识不足。基于可模拟走滑断层活动的层状剪切箱,针对黏土地层展开两个离心机振动台试验,对比上覆土体中隐伏裂缝的影响。试验结果表明,当地层中不存在隐伏裂缝时,基岩走滑断层错动对两盘地层的非一致振动的影响不显著。当地层中存在隐伏裂缝,错动盘一侧土体的振动加速度幅值随振动循环次数的增加逐渐减小,固定盘和错动盘两侧土体出现非一致振动响应,固定盘一侧土体产生的超静孔压大于错动盘一侧。隐伏裂缝对土体非一致振动响应的影响范围受限于其在地层中的分布范围,探明隐伏裂缝上断点的埋深具有重要工程意义。     

穿越黏滑断层分段接头隧道模型试验研究

数次大地震震害调查表明,隧道穿越断层处是受地震破坏较为严重的区域。为此,基于地震动能量的传播与释放特征,建立了一种穿越断层隧道结构抗减震的设计理念,并提出了一种穿越断层隧道节段接头形式。以跨断层龙溪隧道为依托,采用振动台模型试验研究了单一错动方式与断层错动-震动综合加载方式下带有接头的衬砌结构响应。研究结果证明：强震作用下,地震波对穿越断层隧道的影响是不可忽略的,断层错动-震动综合加载方式是合理的;新型接头能够自身适应性变形协调减轻隧道结构震害,节段间接头的设置改变了隧道的变形形态,提高隧道整体抗震能力;同时减小了衬砌的环向破坏,消弱了节段间地震力的传递,实现了衬砌震害的局部化。由于接头的设置,上盘隧道结构震害集中在距断层1.8倍洞径的范围内,下盘处隧道衬砌震害集中在距断层1.2倍洞径范围内;上盘的衬砌震害主要是由错动-震动联合作用造成的,而下盘衬砌震害主要受地震动的影响。     

双面高陡岩质边坡地震滑坡机制的研究

以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法（CDEM）,结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明：在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加;最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时,滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致,滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内;随着地震烈度的增加,滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降,滑体结构面的能量透射系数逐渐减小,最后两者均趋于稳定,同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。     

青海玉树M_S7.1地震发震过程的数值模拟

根据玉树地区的地应力场、速度场和断层展布,对青海玉树2010年4月14日MS7.1级地震发震机理进行了数值模拟。将围岩看成弹性体,断层看成具有应变软化的弹塑性体,断层和围岩组成统一的地质介质系统。在地应力、孔隙压力及边界位移的作用下,应力逐渐积累,当达到断层摩擦破坏强度时,断层产生应变软化,断层突然滑动,能量突然释放,应力突然下降,形成地震。模拟结果表明:玉树7.1级地震是在印度板块向北推挤,青藏高原向东南侧向挤压,在玉树地区形成主压应力为北东80°方向的水平应力场,使甘孜-玉树断裂带产生左旋走滑错动形成的。计算结果给出了应力降、能量释放量、断层走滑错动量、地震复发周期、应力积累速度等重要参数,模拟结果与野外调查资料具有较好的一致性。     

含软弱夹层斜坡地震动力响应过程的边际谱特征研究

地震波的频率特性是地震动的最重要特征之一,斜坡的地震动力响应是地震波各频率组分对斜坡体共同作用的结果。依托于含水平厚软弱夹层斜坡的大型振动台模型试验,本文着重分析了该斜坡在天然随机波(2008年汶川波)作用下的水平向加速度响应频谱特征。首先,基于Hilbert-Huang频谱变换,对所有原始数据进行了有效的降噪处理,并获得了重构数据的Hilbert边际谱。接着,开展了坡表水平向加速度边际谱在不同高程处和不同激振强度下的变化特征分析,并将频谱特征与时域峰值加速度(PHA)响应和斜坡的宏观变形破坏特征进行对比分析,结果表明:(1)随着高程增加,边际谱幅值也相应增加且谱线出现多个波峰。坡体上部尤其是坡肩是地震作用的敏感部位,随着激振强度增加,加速度波的震动能量从一开始集中在2个频段(即7～11 Hz和15～20 Hz,高频)逐渐向1个频段(7～11Hz,低频)变化;(2)在激振强度为0.2g～0.5g时,第一卓越频率(最大谱峰值对应的频率)和第二卓越频率(次大谱峰值对应的频率)在数值上呈大幅度、无规律的波动,预示在该震动阶段,坡体结构内部正在经历一个较大的变化(恶化),但未出现宏观变形;(3)时域峰值加速度随高程和激振强度增加的变化规律与最大谱峰值的变化规律较接近,但局部变化受次大谱峰值响应的影响明显。(4)在低频区(5Hz),在软弱夹层及其周围(相对高程0.25～0.75),出现了明显的响应低值区,且边际谱的形状和数值在该部位呈无规律性变化;(5)斜坡的变形破坏过程明显受坡表而非坡顶变形的控制,其应存在使得一个地震波与坡体相互作用效应最大的“共振高程”,该高程范围与以第二卓越频率(16Hz)作为共振频率所估算的高程较为吻合。     

含软弱夹层斜坡地震动力响应过程的边际谱特征研究

地震波的频率特性是地震动的最重要特征之一,斜坡的地震动力响应是地震波各频率组分对斜坡体共同作用的结果。依托于含水平厚软弱夹层斜坡的大型振动台模型试验,本文着重分析了该斜坡在天然随机波(2008年汶川波)作用下的水平向加速度响应频谱特征。首先,基于Hilbert-Huang频谱变换,对所有原始数据进行了有效的降噪处理,并获得了重构数据的Hilbert边际谱。接着,开展了坡表水平向加速度边际谱在不同高程处和不同激振强度下的变化特征分析,并将频谱特征与时域峰值加速度(PHA)响应和斜坡的宏观变形破坏特征进行对比分析,结果表明:(1)随着高程增加,边际谱幅值也相应增加且谱线出现多个波峰。坡体上部尤其是坡肩是地震作用的敏感部位,随着激振强度增加,加速度波的震动能量从一开始集中在2个频段(即7～11 Hz和15～20 Hz,高频)逐渐向1个频段(7～11Hz,低频)变化;(2)在激振强度为0.2g～0.5g时,第一卓越频率(最大谱峰值对应的频率)和第二卓越频率(次大谱峰值对应的频率)在数值上呈大幅度、无规律的波动,预示在该震动阶段,坡体结构内部正在经历一个较大的变化(恶化),但未出现宏观变形;(3)时域峰值加速度随高程和激振强度增加的变化规律与最大谱峰值的变化规律较接近,但局部变化受次大谱峰值响应的影响明显。(4)在低频区(5Hz),在软弱夹层及其周围(相对高程0.25～0.75),出现了明显的响应低值区,且边际谱的形状和数值在该部位呈无规律性变化;(5)斜坡的变形破坏过程明显受坡表而非坡顶变形的控制,其应存在使得一个地震波与坡体相互作用效应最大的“共振高程”,该高程范围与以第二卓越频率(16Hz)作为共振频率所估算的高程较为吻合。     

含软弱夹层斜坡地震动力响应过程的边际谱特征研究

地震波的频率特性是地震动的最重要特征之一,斜坡的地震动力响应是地震波各频率组分对斜坡体共同作用的结果。依托于含水平厚软弱夹层斜坡的大型振动台模型试验,着重分析了该斜坡在天然随机波(2008年汶川波)作用下的水平向加速度响应频谱特征。首先,基于Hilbert-Huang频谱变换,对所有原始数据进行了有效的降噪处理,并获得了重构数据的Hilbert边际谱。接着,开展了坡表水平向加速度边际谱在不同高程处和不同激振强度下的变化特征分析,并将频谱特征与时域峰值加速度(PHA)响应和斜坡的宏观变形破坏特征进行对比分析。结果表明:(1)随着高程增加,边际谱幅值也相应增加且谱线出现多个波峰。坡体上部尤其是坡肩是地震作用的敏感部位,随着激振强度增加,加速度波的震动能量从一开始集中在2个频段(即7～11 Hz和15～20 Hz,高频)逐渐向1个频段(7～11 Hz,低频)变化;(2)在激振强度为0.2g～0.5g时,第一卓越频率(最大谱峰值对应的频率)和第二卓越频率(次大谱峰值对应的频率)在数值上呈大幅度、无规律的波动,预示在该震动阶段,坡体结构内部正在经历一个较大的变化(恶化),但未出现宏观变形;(3)时域峰值加速度随高程和激振强度增加的变化规律与最大谱峰值的变化规律较接近,但局部变化受次大谱峰值响应的影响明显;(4)在低频区(5 Hz),在软弱夹层及其周围(相对高程0.25～0.75)出现了明显的响应低值区,且边际谱的形状和数值在该部位呈无规律性变化;(5)斜坡的变形破坏过程明显受坡表而非坡顶变形的控制,其应存在使得一个地震波与坡体相互作用效应最大的共振高程,该高程范围与以第二卓越频率(16 Hz)作为共振频率所估算的高程较为吻合。     

预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明：（1）隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。（2）随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。（3）桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。（4）桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。（5）桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1～4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。（6）桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。     

应用卫星热红外异常预测地震的研究

构造型地震是现代断层突发性错动产物。在强震孕育与破裂过程中，不仅释放巨大应变能量，而且在断导对段伴随着热效应，并引起岩石和土壤中水产生汽化与低空气体电离作用，从而诱发各种波段的地光现象（包括热红外光谱异常）。在中强地震前，随着断层放与低空气体电离作用增强，将导致热红异常更加明显。     

改进的完备经验模态分解和FWEO能量在南海油气识别中的应用

传统希尔伯特变换(Hilbert-Huang transform, HHT)是一种识别精度较差的时频分析方法，存在端点效应和模态混叠等问题。改进的完备经验模态分解(Improve Complete Ensemble Empirical Mode Docomposition, ICEEMD)可以将复杂的地震信号分解为一系列单分量信号，较好地解决模态混叠问题，但结合希尔伯特变换提取的瞬时振幅和瞬时频率，对处理实际地震数据仍然有严重的端点效应。FWEO(Frequency-weighted Energy Operator)是一种非负频率权重算子，其结合TK能量差分算法和Hirbert变换复分析思想，具有比Hilbert变换更高的时间分辨率。但由于算法本身的原因，FWEO能量只能应用于单分量信号，不能直接应用于复杂的地震数据。因此，这里结合改进的完备经验模态分解方法和FWEO能量分离算法的优点，提取南海某工区实际地震记录的瞬时振幅和频率信息，并将预测结果与测井数据对比，预测吻合程度好、识别精度高、证明该方法可以准确地反映储层特征。     

近断层地震动对大型地下洞室群地震响应的影响研究

针对现行水工抗震规范中对近断层地震缺乏考虑这一实际问题,首先讨论了近断层、远场地震动的差别,对比了近断层、远场地震动对地下洞室地震响应的影响,继而提出一种新的人工合成近断层地震动时程的方法,并采用合成的近断层地震动时程对某水电站地下洞室群进行了近断层地震稳定性专门研究。结果表明：与常规地震分析中考虑的远场地震动相比,近断层脉冲型地震动的主要特征为Vmax/Amax和Dmax/Amax（Vmax、Dmax、Amax分别为速度峰值、位移峰值、加速度峰值）指标更大,且近断层脉冲型地震动的主要能量集中在1 Hz以下的频段;在相同峰值加速度幅值、相同反应谱的前提下,近断层地震动对高边墙、大跨度地下工程的破坏程度远比远场地震动大;较之前人的研究方法,文中提出的近断层脉冲型地震动合成方法考虑了[1/Tp, 1] Hz这一频段内的地震波信息,更具合理性;在设定的计算条件下,地下厂房洞室群有在近断层地震动作用下发生失稳的危险性,需要进一步针对近断层地震动进行专项风险性评价,以讨论是否需要增设针对性的抗震支护措施。     

三向地震作用下叠交隧道地震响应振动台试验研究

叠交隧道是涉及隧道之间、隧道与土体相互作用的复杂体系,其安全性将严重影响城市轨道交通建设。目前,对于叠交隧道振动台试验的研究集中在水平平行和交叉叠交隧道、单向和双向地震动输入。鉴于此,利用自行设计的层状三向剪切模型箱,对竖直平行叠交隧道开展三向地震作用下的振动台模型试验,研究地基土−叠交隧道模型体系动力特性、地基土加速度、叠交隧道加速度、地表沉降、地基土孔压、叠交隧道动土压力及叠交隧道应变等地震响应。结果表明：随着震波峰值加速度（peak ground acceleration,简称PGA）依次增加,地基土−叠交隧道模型体系的自振频率随之减小,而阻尼比随之增大;叠交隧道周围地基土加速度和孔压的梯度差随着地震波PGA的增大而增大,且上隧道周围梯度差比下隧道更大;地基土对加速度的放大效应随着地震波PGA的增大而减弱;相同地震波作用下,相同位置处的叠交隧道加速度傅里叶谱形状相似,但幅值随着地震波PGA的增大而增大。此外,与顶部和底部位置相比,腰部位置加速度傅里叶谱频段范围变宽,幅值峰值有所降低;地表沉降峰值随着地震波PGA的增大而减小,相比地基土两侧位置,中心位置的沉降峰值明显较小;地震波的类型对叠交隧道动土压力峰值和应变峰值影响较小;对于动土压力峰值,两隧道的最大值均为腰部,而上、下隧道的最小值分别为底部、顶部;对于应变峰值,上隧道在腰部明显大于顶部和底部,而下隧道在4个位置相差不大。     

穿越断层隧道地震响应规律动力对比试验研究

为研究断层隧道在地震作用下的影响规律,开展了穿越断层隧道的振动台对比试验,介绍了试验材料、相似比选取及动力加载情况。试验表明：地震作用下衬砌腰侧的受力明显大于顶部和底部,在进行结构设计时应进行加强;隧道衬砌具有一定的加速度放大效应,衬砌结构的加速度傅里叶谱值主要集中于中低频,在结构临近破坏时,加速度和应变响应值将发生突变;隧道衬砌裂缝发展与结构位置密切相关,地震作用下底部裂缝由内向外发展,腰部裂缝由外向内发展;断层走向与隧道纵向夹角越小,地震对隧道的作用越大,裂缝的发育越明显;隧道的最终破坏形式为管节本身的纵向拉裂缝和管节接缝处的错台组成。该研究成果为穿越断层隧道的相关设计提供参考。     

用小波变换讨论地震中的多普勒现象

地震中多普勒效应可以确定地震的破裂面等,说明对多普勒效应的研究有实际意义,但目前确定地震中是否存在多普勒效应的方法并不成熟。在研究多普勒效应空间分布规律的基础上,提出用小波变换确定地震中是否存在多普勒效应的方法。选择位于汶川地震断层滑动前方的若干台站对台站最初时段的地震记录进行小波变换时,发现随着震中距的增加,小波谱高频幅值明显大于小波谱低频幅值;说明虽然存在介质对地震波的吸收衰减作用,但多普勒效应的存在仍使得小波谱高频幅值增大。选择与汶川地震断层垂直方位的若干台站对台站最初时段的地震记录进行小波变换时,发现随着震中距的增加,小波谱高频幅值迅速降低,震中距大到一定程度后低频部分的小波谱幅值会明显大于高频部分的小波幅值;说明在该方向上,介质对地震波的高频吸收衰减起主要作用,没有发生多普勒效应。