震后近断层震动图的快速产出研究—以2022年1月8日青海门源地震为例

震后近断层震动图的快速产出对于政府相关部门快速确定地震影响区、评估震害及其导致的经济损失和人员伤亡、科学决策应急救援方案和措施以减轻人员伤亡和财产损失具有重要意义。以2022年门源地震为例,利用滑动分布、应力降均不同的两个震源模型（即,王卫民等反演的震源模型和本研究生成的随机滑动震源模型）以及相同的路径、场地模型和其它输入参数,使用动力学拐角频率的随机有限断层方法和本研究建立的峰值地面速度（PGV）、水平向最大谱烈度（SI）和中国仪器地震烈度（I_I）的经验模型研究了快速产出近断层震动图（包括峰值地面加速度图、PGV图、SI图、I_I图和中国地震烈度图）的实效性。结果表明:（1）上述方法和经验模型可用于震后震动图的快速产出,其实效性主要取决于震源、路径和场地模型的可靠性;（2）基于上述两种震源模型产出的地震烈度图与中国地震局发布的该次地震的烈度图在总体上具有高度一致性,均可用于确定地震影响区,但基于反演震源模型产出的地震烈度图可以给出极震区,而基于随机滑动震源模型产出的地震烈度图则需要根据其最大等震线和发震断层的位置大致估计极震区的位置。     

考虑近断层方向性效应及土层非线性影响的场地概率危险性分析

针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。     

考虑近断层方向性效应及土层非线性影响的场地概率危险性分析

针对一典型砂土场地基于等效线性分析方法,研究了土层对输入近断层地震动脉冲特性的影响。选取两组近断层脉冲和非脉冲地震动对地表加速度反应谱放大系数进行了对比研究。结果表明：基岩非脉冲地震动经过土层的高频滤波作用传至地表后有转换成脉冲地震动的可能;基岩脉冲地震动经土层传播至地表后仍具有脉冲特性,部分含有潜在第二脉冲的地震动由于共振作用会产生附加脉冲。与非脉冲地震动相比,脉冲地震动会引起土层较强的非线性响应,导致加速度反应谱放大系数随基岩加速度值的增大衰减较快;而对于长周期加速度反应谱（3 s）,脉冲地震动引起的放大系数在基岩加速度大于0.1 g时远大于非脉冲地震动引起的放大系数。最后通过回归分析得到场地放大系数方程,建立了一种考虑近断层脉冲特性及土层非线性相互影响的场地概率地震危险性分析方法。     

山东Ⅱ、Ⅲ类场地地震动峰值加速度放大效应分析

利用山东地区实测的Ⅱ类场地358个钻孔和Ⅲ类场地140个钻孔的地震动峰值加速度,计算了各个钻孔不同超越概率的土层地震动峰值加速度的放大系数ks,结果表明:(1)同类场地土层放大系数ks值总体符合正态分布,既有相对集中性,也有离散性;(2)随着基岩面输入地震动强度的增大,ks值降低,且Ⅲ类场地ks值降低较Ⅱ类的更为明显;(3)Ⅱ类场地随着基岩输入面埋深的增加,ks值呈增加趋势,约达20m深后基本趋于稳定,而Ⅲ类场地基岩输入面埋深的增加对ks值的影响不甚显著;(4)Ⅱ类场地50年超越概率10％的平均ks值(1.47)略高于《中国地震动参数区划图》使用的全国平均ks值.本文尝试讨论了山东地区Ⅱ、Ⅲ类场地不同强度基岩峰值加速度输入的ks调整值.     

场地条件对地表峰值加速度的放大效应分析

在研究西安地区大量钻孔资料的基础上,构造了44个不同等效剪切波速和覆盖层厚度场地条件下的典型场地剖面,利用一维等效线性化地震反应分析方法,计算了不同场地在3种不同强度的地震动输入下的地面峰值加速度,分析了地震动峰值加速度放大系数ks随场地类别、等效剪切波速Vse、覆盖层厚度H和输入地震动强度ar的变化特征,指出了按场地类别对地震动峰值加速度调整存在的问题。分析结果表明,加速度放大系数随等效剪切波速、覆盖层厚度及基岩输入地震动强度的增大而减小;等效剪切波速对加速度放大系数的影响大于覆盖层厚度的影响,随着输入地震动强度的增大,覆盖层厚度对加速度放大系数的影响成份有逐渐加大的趋势;覆盖层厚度对加速度放大系数的影响程度随着等效剪切波速的增大而逐渐减弱;加速度放大系数与场地等效剪切波速和覆盖层厚度之间具有较高的拟合度的统计回归关系。由此提出了直接用场地等效剪切波速和覆盖层厚度对地震动峰值加速度进行调整的新途径。最后,就地震动峰值加速度随场地条件的调整方法,提出了有待进一步研究的问题。     

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

基岩输入参数对场地地震反应的影响分析

基岩输入参数主要包括基岩面埋深、基岩剪切波速和基岩地震动强度等因素.本文通过分析某场地在选择不同深度的假想基岩面、不同的基岩剪切波速以及不同基岩地震动强度条件下的场地地震反应结果,得出在不同的基岩输入参数条件下,地表的地震动峰值加速度和加速度反应谱存在很大差异.     

中美日仪器地震烈度的计算方法对比和经验换算关系

2020年修订的国家标准《中国地震烈度表》引入仪器测定的地震烈度,即仪器地震烈度作为评定地震烈度的指标之一,在震后烈度评定中已经得到广泛应用。仪器地震烈度根据实测地震动记录计算得到,国际上现行地震烈度标度和计算方法并不一致,对于深入应用不同国家和地区仪器地震烈度造成不便。应用大量中国和日本4级以上地震的强震动观测记录,计算了中国、美国和日本的仪器地震烈度及相关地震动参数,对比分析了仪器地震烈度计算方法,得到了相关地震动参数之间的皮尔逊相关系数和统计关系,并给出了3种仪器地震烈度之间的经验换算关系。     

Analysis of Influence Characteristics of Site Ground Motion in Ya'an Area,Sichuan

为分析雅安地区场地结构引起的震动特性,选取该地区重大安评项目中的实际测试钻孔进行场地地震反应分析,采用等效线性化方法,并以NGA强震记录为输入,开展场地反应计算,在全面分析该地区场地地震特征的基础上,以峰值速度为参数指标,研究场地条件引起的峰值速度放大效应。研究结果表明,雅安地区场地卓越周期约为0.2 s,自振周期为0.2 s的建筑结构破坏相对严重;随着基岩峰值加速度的增大,峰值速度呈增大趋势,峰值速度与峰值加速度变化趋势并非完全一致,分析场地效应时应考虑多种地震动参数的变化规律;不同地震输入下峰值速度放大系数为1～1.8;峰值速度放大系数k_v在不同强度基岩输入下,大致呈随等效剪切波速的增大而减小的趋势,软土场地更易引起场地峰值速度的放大,这种现象在芦山地震中较为明显。     

软土隧道基于地震响应的输入地震动排序

为探讨“最不利地震动”概念在地下结构抗震设计中的适用性,以软土地铁区间隧道为对象建立相应的地层-结构动力分析模型。以直径变形率为分析指标,基于动力时程方法研究18条不同输入地震动作用下隧道结构动力响应的分布及差异性,得出基于隧道地震响应的输入地震动排序,并通过调幅手段对比分析了地面峰值加速度（PGA）和隧道埋深变化对隧道结构地震动响应排序的影响规律。最后,评价了不同输入地震动参数,包括峰值加速度、峰值速度、峰值位移、绝对累积速度（CAV）和阿里亚斯（Arias）强度（I_A）与隧道地震响应之间的相关性。分析结果表明:① 随着PGA从0.5 m/s2增加到2 m/s2,地震动排序发生明显变化,并且不同输入地震动引起的隧道地震响应差异显著提高,最不利地震动引起的直径变形率与平均值的比值从1.1增加到1.9;② 隧道从浅埋到深埋的过程中,地震动排序结果基本保持不变;③ PGA为2 m/s2时,隧道地震响应与基岩面峰值速度（PBV）的相关性最好,相关系数达到0.94,其次是与基岩面峰值位移（PBD）和I_A,相关系数分别为0.62和0.48,相关性最差的是基岩面峰值加速度（PBA）和CAV,相关系数仅为0.37和0.22。研究结论可为今后软土隧道的输入地震动选择提供科学依据。      

SH波垂直入射下的斜坡地形放大因子分析

现有大量观测记录表明:斜坡地形对地震波的传播有着非常强烈的影响。为服务于工程抗震设计,基于显式有限元方法,定量分析SH波垂直入射下二维斜坡地形的地震动响应与斜坡角度、土层厚度以及介质阻抗比的关系,总结了位于一维土层基本频率附近斜坡上台面各区域放大因子的变化规律。研究表明:（1）斜坡面对SH波的反射使二维斜坡地形的放大倍数较一维土层存在显著放大,且该现象在缓坡中更加明显。（2）当土层厚度为斜坡高度的1/4,介质阻抗比为0.368,坡度为30°时,放大因子在距坡顶1.67倍斜坡高度处取到最大值1.930。（3）斜坡覆盖土层薄时,放大因子受斜坡角度的影响大,斜坡覆盖土层厚时,阻抗比成为影响放大因子的主要因素。（4）分别考虑土层厚度、斜坡角度、介质阻抗比以及观测点位置对二维斜坡地形地表地震动响应的影响,取1倍斜坡高度作为区域间隔,统计每个区域内各参数对应的放大因子最大值,对比现有规范给出工程抗震设计参考值及放大因子大于1的基频比范围。     

地震动强度参数相关性对地震滑坡危险性影响分析

本文基于全概率地震滑坡危险性分析方法,利用蒙特卡罗模拟研究在不同临界屈服加速度a_c、永久位移模型、场地类别和断层距情况下,地震动强度参数相关性对地震滑坡危险性结果的影响规律。主要结果表明:在进行滑坡危险性分析时,不考虑多地震动强度参数相关性会造成预测位移值偏小,滑坡风险被低估。因此,考虑地震动强度参数相关性对滑坡危险性评价很有必要,这能使预测结果反映地震动参数样本作为输入时的实际相关性特征,为合理进行滑坡防护提供理论依据和参考。     

地形效应影响下地震动参数与斜坡稳定性的相关性研究

地形对地震动的影响比较复杂, 考虑地形放大效应的地震滑坡稳定性分析需要选择合适的地震动参数. 本文使用自贡地形影响台阵记录到的2008年汶川M_S8.0地震主震加速度记录, 分析了地震动峰值加速度、 阿里亚斯烈度以及90%能量持时随地形高度的变化, 探讨了地形效应作用下峰值加速度和阿里亚斯烈度与地震动作用下斜坡稳定性的相关性. 结果表明: ① 地形场地对峰值加速度和阿里亚斯烈度均有显著的放大效应. 地形放大效应较为复杂, 其整体上随台站高度的增加而增大, 水平向的放大效应大于竖直向. 水平向峰值加速度的放大系数为1.1—1.8, 阿里亚斯烈度的放大系数为1.2—3.3; 竖直向相应放大系数分别为1.1—1.3和1.2—1.7. ② 地形对地震动持时也有一定的放大效应, 但不同高度、 不同分量的放大效应没有显著差异, 其放大系数均约为1.3. ③ 阿里亚斯烈度和峰值加速度均能很好地表征地形对地震动的影响, 与地震动对斜坡稳定性的影响具有很强的相关性. 与峰值加速度相比, 阿里亚斯烈度综合了地震动的多方面特征, 可以更好地表征地形对地震动的影响, 与地震动作用下斜坡稳定性的相关性更强.      

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

随机方法在地震烈度速报中的应用

我国地震监测台网间距大,很难实现大震发生时地震烈度分布图的快速编制.基于随机方法,利用历史小震数据反演地震动估计模型的参数,参考地震发生时获取的少量强震动数据,选取合适的震源参数,正演地震动场的分布.根据地震烈度与地震动参数的经验关系,实现地震烈度速报.本方法可以模拟大震的近断层地震动特征,对高烈度区的判断较目前常用的烈度速报方法更为合理.研究成果既可以用于首张烈度分布图的发布,还能够用于地震烈度的动态修正.     

芦山7.0级地震强震台仪器烈度与调查点烈度的对比分析

2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生在龙门山断裂带南段,该地震是继汶川8.0级地震后的1次强震,但并非余震。文中利用2013年4月20日芦山地震的强震记录计算等效峰值加速度A0.5换算地震仪器烈度,并且将地震仪器烈度与强震台站周边5km内调查点烈度对比分析。结果表明,芦山地震的仪器烈度与周边调查点烈度吻合度58.6%,且偏差不超过1度。然而,即使宏观烈度相同,观测地面运动参数也存在较大离散度。但在缺少现场调查的震后初期,地震仪器烈度有可能为地震烈度范围判断提供定量的参考指标。     

地震动参数与地震烈度的多元回归研究

建立合理的地震烈度与地震动参数之间的对应关系,在工程抗震及烈度速报中有着十分重要的作用,文中以美国加州3次破坏性地震和我国今年来6次地震中所获得的强震记录作为数据源,应用最小二乘法进行线性回归,得到了不同地震动参数与烈度间的相关性.经统计发现,在地面加速度峰值、标准累计绝对速度等12种描述地震动强度的参数中,各种参数在...     

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。