近场强震动记录基线校正方法的振动台实验研究

为了获取近场永久位移,通常采用基线校正方法,对近场加速度记录进行基线校正并积分得到永久位移值,但这一结果主观性较强,其可靠性也往往缺乏验证。为了解决这一问题,本文提出了一种能产生包含永久位移振动过程的振动台实验方案,采用振动台加滑动机构的方法,模拟记录到永久位移台站测点的真实振动情况;在实验中分别采用加速度计、摄影测量方法分别直接得到加速度和位移时程,对加速度时程进行基线校正并积分得到位移时程,将其与直接获得的位移时程进行对比,以验证采用基线校正方法的有效性。实验结果表明,在实验室条件下采用现有的基线校正方法校正后,通过积分能得到可以接受的位移时程。     

强震动记录自适应基线校正方法:汶川地震应用

基线校正是强震动记录数据处理非常关键的环节之一。现有方法大都依赖主观经验,得到的永久位移值存在较大的不确定性,不能实现自动化处理。为此,提出一种自适应的强震动记录基线校正方法,以汶川地震中汶川卧龙台站(051WCW)获取的强震动记录为例叙述新方法的每个环节,并与已有方法进行比较,验证了新方法的计算准确性。最后,将新方法运用于汶川地震主震中,得到了37个强震动台站的永久位移场。通过与Wang等的研究结果比较,发现除3个台站由于数据不全无法比较外,新方法给出的24个台站的最大永久位移无论是数值还是对应方位角都与其一致。表明新方法具有一定的可靠性,同时通过对比也发现新方法存在一定的局限性,还有待进一步改进。     

921台湾集集地震近断层强震记录的基线校正

分析了 92 1台湾集集地震近断层强震记录基线偏移的原因 ,指出强震仪的倾斜是导致近断层强震记录基线偏移的主要原因 ,并提出了相应的基线校正方法 ,比较好地消除了近断层强震记录的基线偏移。根据作者的研究 ,原始记录经基线初始化之后 ,基线偏移对反应谱在工程界最感兴趣的0 .1～ 6s周期范围内的影响是很小的 ,对PGA的影响也很小 ,但对PGV ,PGD和永久位移 (D -last)的影响则相当大。因此 ,对近断层强震记录进行基线校正具有重要的意义。文中所提出的基线校正方法 ,可应用于对 1999年土耳其地震及 92 1台湾集集地震余震产生的近断层强震记录和其他近断层强震记录的基线校正     

近断层强震记录基线校正及不确定性分析

采用汶川地震近断层强震记录,分析了近断层记录基线校正的原则、不同基线校正方法的特点以及基线校正的不确定性因素.根据基线校正原则提出了基线校正的一般步骤,对比分析了在合理分界时间点范围内选择不同组时间分界点进行基线校正后各组记录之间的地震动参数和反应谱特性.结果表明,已有的各种基线校正方法并不能较好地得到准确的确定性基线校正结果,满足基线校正的一般原则也会得到不同的校正结果,但是合理地进行基线校正后,对加速度和速度时程相关的地震动参数和小同形式的反应谱特性的影响很小.     

用集集主震记录研究近断层强震记录的基线校正方法

从集集主震记录中选取有代表性的246个台站的记录作为数据集。在总结国内外基线校正方法的基础上,提出以下校正步骤:(1)初步判定记录中是否包含永久位移信息以便选用不同的校正方法。(2)以积分位移时程的末端平稳为标准,来确定积分速度时程末端拟合出的最优直线斜率作为校正量,去校正原始加速度时程,从而保留永久位移信息。永久位移等值线结果与GPS测量结果大体相符。根据校正结果推测认为:瞬变后保持或扩张或部分回弹,可能是决定永久位移形态的主要物理机制。     

近场强地震动数值模拟的简化计算方法

近场强地震动除受场地条件的影响外,还受到震源破裂面上子源的空间分布特点、子源破裂先后顺序的强烈控制,基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法可以综合考虑震源、传播途径及局部场地条件的影响,对计算过程进行合理简化,分2步完成地震动模拟:第1步,在介质均匀区采用矩张量的解析解计算所有子源在盖层底面的位移,形成下一步有限元计算的输入场;第2步,在盖层介质不均匀区,结合局部人工透射边界技术,采用时、空解耦的波动显式有限元方法计算地表强地震动。在有限断层模型中,采用具有9个力偶的等效地震矩张量表达断层产状、滑动方向等的影响,采用Brune模型定义各子源的滑动时间函数,描述滑动的时、空不均匀分布特征,从而细化震源模型。通过对Northridge地震中4个基岩台站地表地震动的模拟结果和强震记录,验证了此简化计算方法的可行性     

地震动永久位移对结构地震反应影响

本文推导了基于位移激励计算单自由度体系拟速度谱公式,通过构造的脉冲位移时程对公式精度进行了验证;之后利用小波变换去除强震记录噪声而保留地震动永久位移,再基于去趋势项方法和滤波方法去除永久位移后,计算拟速度谱。算例结果表明:短周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值与保留永久位移的位移激励拟速度谱值相差很小;中长周期段内,不保留永久位移的位移激励拟速度谱值总体上小于保留永久位移的位移激励拟速度谱值,且不保留永久位移时,滤波方法引起的拟速度谱降幅大于去趋势项方法所引起的拟速度谱降幅。因此,基于位移激励计算中长周期结构的地震反应时,应保留地震动永久位移,或基于去趋势项方法去除永久位移。     

基于L1范数正则化的强震动加速度记录基线漂移识别方法

本文提出了一种基于L₁范数正则化的基线校正新方法,即以拟合速度时程误差最小为目标,以基线漂移本身尽可能小为约束条件,经过凸优化多次迭代自动求解出满足条件的基线漂移,避免了人为选取基线漂移分段次数和基线漂移起止时刻的主观干扰;随后利用该方法对多组加入了基线漂移噪声模型的强震动加速度记录进行验证。结果表明:本文方法对于识别和处理单段式、两段式和多段式的基线漂移噪声具有普适性,能敏锐地捕捉到速度时程发生漂移的趋势（斜率变化）,无需预先设定加速度基线漂移模型也可有效地识别出多种基线漂移噪声的起止位置和漂移程度;地震记录事前部分对本文方法处理结果影响较大,当记录事前部分足够长时（如20 s）,识别基线漂移噪声的准确性较高,位移时程可以较好地与原始位移匹配;而对于发生漂移的速度时程,本文方法可以不受地震事前部分长短的干扰,甚至在加速度记录出现明显丢头现象时,也能很好地实现峰值速度和整个速度时程的恢复。      

近场强地震动合成方法研究及地震动模拟

本文通过对近场强地震动合成方法的研究,采用随机有限断层法合成了沈阳地区近场强地震动,将得到的断层附近加速度时程结果与已有的采用混合有限元法计算结果进行对比。认为这一合成地震动的方法在重大工程选址以及缺乏强震记录地区开展抗震设防工作具有重要意义。     

用近场强震动记录快速估计同震位移并反演震源滑动分布

利用自动经验基线校正方法,分析日本2008年岩手—宫城内陆Mw6.9地震震中周围密集强震动观测台网资料,快速解算出了同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的同震位移幅值、方向和总体分布特征较为接近.基于相同断层面参数反演的震源模型空间展布形态、主要滑动范围、平均和最大滑动量、滑动方向以及由模型计算的矩震级等均吻合较好,从而验证了方法的可行性.讨论了自动经验基线校正方法尚存在的问题和不足,为今后利用强震资料快速解算Mw6-7级及以上地震的同震位移场并反演震源滑动分布提供参考.     

汶川地震强震动记录分析及应用

地震工程的研究手段主要包括:震害调查、强震观测、模型试验和数值分析.由于大地震本身较少,同时造成严重震害并且获得强震动记录的大地震就更少,一般的研究就更多地集中在利用模型试验和数值分析方面,而基于震害调查和强震观测的研究较少,在国内这一点更为突出,我国虽然是一个遭受地震灾害非常严重并且对地震进行记录和研究最早的国家,但是,在汶川地震之前近断层强震动记录一直非常匮乏.     

2003年10月25日甘肃省民乐-山丹MS 6.1地震强震近场记录和分析

2003年10月25日甘肃民乐-山丹间发生Ms6．1地震．震前在兰州地震研究所明确的预报意见指导下就派出4台数字流动强震仪到甘肃省河西地区进行流动观测，其中民乐流动台获得近场主震记录．震中距为12．6km，EW向加速度峰值为33lcm／s^2，NS向加速度峰值为332cm／s^2，垂直向加速度峰值为209cm／s^2．其它固定自由场数字强震台山丹、肃南、武威也获得记录．本文分析了近场主震频谱以及远场加速度衰减规律．     

用河北张家口台速度与位移记录测定近震震级的对比

对河北张家口台FBS-3宽频带大动态范围的数字化速度地震仪和DD—2短周期模拟位移地震仪所记录的河北张北地区的地震，利用速度和位移数据分别测定了近震震级并进行了对比分析。结果显示，在一定的震级范围内，这两种资料测定的震级基本一致，没有发现二者之间存在系统误差，标准误差也较小。可以认为，无论从其物理意义还是具体做法上，用速度测定的震级与由位移测定的震级之间能够保持较好的一致性和连续性。     

震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响.结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小.     

近场强地震动模拟中对破裂的方向性效应和上盘效应的表达.

为了模拟近场强地震动，采用了基于有限断层模型的一种随机合成方法．震源破裂面被剖分成一定数量的子源，总的地震矩分成数量更多的子震的矩．一给定子源中一次子震引起的场地地震动的傅氏谱，通过考虑点源的谱、随着距离的衰减、能量耗散及近地表效应等导出．据此幅值谱和一个随机相位谱，并与一个时程包络函数结合，合成一个子震时程．将各子源中各个子震引起的所有时程叠加，得出场地的地震动时程．叠加中，各子震时程之间的时滞，据子震发震时差和子源至场地的距离差别引起的时差确定．对一个设定地震，选用4个断层面倾角，计算了近场21个地点的地震动．结果表明，本文方法可以很好地表达破裂的方向性效应和上盘效应．为了验证方法的可靠性，对1994年美国北岭地震中3个近断层台站MCN，LV3和PCD模拟的地震动与实际记录的加速度反应谱和时程作了比较．      

对数字地震记录用速度与位移测定近震震级的讨论

通过对近震速度震级公式的理论分析与实测结果的检测表明，用最大地动速度与相应周期乘积的1／2π倍，即TVmax/2π来替最大动位移测定近震震级是不合适的，其所定震级普遍比模拟位称震级偏小，而且两种震级之间也没有一种较简单的关系。用地动速度与相应周期乘积最大值的1／2π倍，即（TV／2π）max代替最大地动位移测定近震级是正确的，但实际操作不便，对速度型数字地震记录通过积分恢复地面移后所测震级位移震级相对比，实测结果表明，两种震级一致性较好。     

框架结构的输入地震动记录调幅方法试验研究

为了确定框架结构弹塑性时程分析时输入地震动记录的调幅方法,本文利用一个1/40比例的框架结构振动台试验研究了四种地震动记录调幅方法的适用性。利用四种地震动记录调幅方法对20条地震动记录调幅,通过振动台依次输入不同周期的框架结构中,通过分析结构顶层的层间位移角和最大加速度两个参数的变异系数,确定最适宜此种结构体系的地震动记录调幅方法。研究表明,当结构的基本周期可以准确确定时,利用S_a(T_1)调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当结构的基本周期不确定时,利用MIV调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当周期有30%的变化时,ASCE调幅方法引起结构的最大加速度的变异系数波动不大,相对比较稳定;无论何时PGA调幅方法得到的变异系数都是最大,表明此法得到的离散程度最大。建议在对框架结构进行时程分析时,对于确定性周期的结构采用S_a(T_1)调幅方法,对于不确定性周期的结构采用MIV调幅方法,ASCE和PGA调幅方法不宜采用。     

一种新的数字强震记录基线偏移校正方法的探讨

由于受到强震仪低频噪声、仪器周围环境和人为信号处理误差的影响,由强震仪得到的加速度记录进行积分后得到的位移曲线呈现了比较严重的漂移。所以,我们要进行加速度记录校正。国内外的学者对此开展了大量的工作和研究,也获得了许多成果。基于在前人的基础上,提出一种线性校正方法,以汶川地震作为研究对象,对杨陵台和周至台的加速度记录进行校正,得到了比较好的校正效果,此方法可用于大震中近场仪器会发生倾斜或产生永久位移的加速度记录进行基线校正。