地震动参数之阿里亚斯烈度和累积绝对速度的特征及其在概率地震危险性分析中的应用

地震动参数是表征地震动特性(振幅、频率和持时)的重要度量参数。目前使用最多的地震动参数主要有峰值加速度和谱加速度等,然而,任何单一地震动参数都不能全面有效地反映所有的地震动破坏特征(如峰值加速度仅反映振幅)。为了更加全面地描述地震动特征及其潜在的破坏作用,满足工程应用的需求,科学家们一直在寻找能够表征地震动多种属性和特定地震破坏的地震动参数。经研究发现,阿里亚斯烈度Ia(Arias Intensity)、累积绝对速度CAV(Cumulative Absolute Velocity)及Newmark位移在地震诱发滑坡预测、沙土液化评估、地震灾害损失估计以及地震危险性分析等方面优于峰值加速度,因此,开展Ia、CAV和Newmark位移的特征研究及与其相关的地震危险性分析方法研究对于拓展我们对地震动特性的认识和提高地震灾害预测水平具有重要的科学意义和应用价值。本文我们根据汶川地震的177个台站的528条可用记录的强震数据,在对地震记录进行基线校正后计算了地震动参数Ia、CAV及Newmark位移,并研究了这些地震动参数的相关特征,最后我们还开展了基于Ia、CAV及Newmark位移的概率地震危险性分析方法研究。我们研究了汶川地震la的空间分布特征、衰减特征、近断层特征以及la与其他地震动参数的相关性。在空间分布特征研究中,我们比较了竖向和水平向la值的差异,统计了二者的比值分布及随距离的变化特征;对于垂直断层走向和平行断层走向的la值也做了同样的工作。在衰减特征方面,我们主要研究了3种场地类型下的la衰减特征及其与现有la预测模型的比较,指出了他们之间的差异并分析了导致差异的原因。在近断层特征方面,主要研究了上盘效应和方向性效应对1a的影响。最后我们研究了la与PGA和Housner烈度的相关性,建立了la与PGA和Housner烈度之间的经验关系式,并分析了场地条件对地震动参数之间相关性的影响。我们对CAV也同样研究了其空间分布特征、衰减特征、近断层特征以及CAV与其他地震动参数的相关性。特别地,我们还研究了标准CAV的衰减特征和其与PGA的相关性,分析了场地条件对它们的影响。另外,我们简要分析了汶川地震Newmark位移的衰减特征及其与PGA和la的相关性。本文中我们还开展了基于Ia、CAV的概率地震危险性分析方法研究,开展了基于Newmark位移的概率地震滑坡危险性分析方法研究,梳理了相关的理论、方法,建立了相关的技术框架,编制了计算程序并在典型地区进行了试算。本文的研究对我们认识汶川地震乃至我国西部地震地质构造环境下地震的Ia、CAV及Newmark位移的相关特征具有重要的科学意义。建立的相关概率地震危险性分析方法的技术框架对于提高我国的概率地震危险性分析水平和地震灾害预测水平具有重要的应用价值。     

地震动参数之间的距离分析及相关分析

为合理选择地震动参数进行结构概率地震需求分析,对地震动参数之间的相似性及相关性进行研究。总结30种地震动参数,选取不同震级、不同震中距和不同场地类型的实际地震动记录,采用距离分析、秩相关分析和Pearson相关分析方法,对地震动参数间的相似性及相关性进行研究。结果表明:速度型地震动参数和其它参数的相似性以及相关性最好;加速度型地震动参数和其它参数的相似性较好,但相关性显著;持时特征参数以及组合参数中均方根位移与其它参数相似性较差,相关性微弱。因此,在结构概率地震需求模型的建立及易损性分析中应优先采用相似性和相关性较好的速度型地震动参数,以减少分析结果的离散性。     

地震动参数间的一些相关关系

利用典型的加速度图和速度图,得到了强地面运动和反应谱各参数之间的相关关系。考虑了以下几种关系：地震动各分量振幅间的关系;各分量振动周期间的关系;地面振动参数及其反应谱相应参数间的关系;各分量反应谱对数空度之间的关系,加速度、速度,位移脉冲宽度间的关系。本文揭示了ＮＩＳ采用的建筑规范和某些实际关系的不一致性,还估计了动力系数对阻尼的依赖性。从这些估计中可以得知,利用反应谱得到的地震裂 精度与使用振幅     

地震动参数区划中的不确定性分析

基于《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）中的5套潜在震源区划分及地震活动性参数方案,计算了中国大陆地区所对应的50 年超越概率10%和2%的基岩峰值加速度标准差和变异系数.分析了峰值加速度标准差和变异系数的空间分布特征,统计了省级、地级及县级城市峰值加速度的不确定性.结果表明,潜在震源区划分及地震活动性参数方案的不确定性对峰值加速度影响显著.标准差较大的地区与7.0级以上地震及大型活动断裂具有很强的相关性;峰值加速度变异系数较大的地区主要集中分布在我国的弱震活动地区,其次在塔克拉玛干沙漠及阿拉善高原地区.我国绝大部分城市峰值加速度标准差小于80times;10－2 m/s2;峰值加速度变异系数小于0.4.此外,经分析,峰值加速度的变异系数比标准差更适合表达区划图的不确定性.这些研究结果可为下一代区划图的编制工作提供一些有价值的参考.     

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。     

累积绝对速度在核电厂地震危险性分析中的应用研究

指出了运用我国现行的考虑时空非均匀性的地震危险性分析计算方法对核电厂等设计精良的设施进行地震危险性分析时所存在的问题.介绍了累积绝对速度（CAV）的概念,并将其引入到我国现行的考虑时空非均匀性的地震危险性分析计算方法之中,用以排除厂址周围小震对核电厂地震危险性分析的影响,并选取实际工程场点进行了试算.试算结果表明,此方法能明显排除厂址周围小震对地震危险性分析结果的影响.     

河北省地震动参数区划图变化

新一代《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015),采用近几年地震监测资料、最新活断层探测成果,首次考虑了极罕遇地震影响,采用新的技术方法进行编制,于2016年6月1日正式实施。由于潜在震源区的划分、地震活动性参数、衰减关系等发生变化,使河北省部分地震动参数发生变化。     

设计地震动参数概率分布研究

基于地震危险性理论分析框架,分析各类震源对地震动参数分布的影响,建立地震动参数分布函数,并采用芦山地震动传播规律验证其工程通用性。基于等超越概率原则,提出不同后续使用年限设计地震动参数计算方法。结果表明:地震动参数分布函数服从极值Ⅱ型分布;地震动参数累计分布函数可以用于不同后续使用年限设计地震动参数取值,满足现行规范要求。     

地震动参数速报技术研究

本论文内容涵盖传感器组网,数据获取、存储、管理、迁移与服务,以及地震动参数计算与发布等检测系统各个环节,在研究过程中,以地震动参数速报技术研究为主题,并注意把相关的技术应用在实际的工作中。“基于IPV6对地震烈度传感器网络”部分直接使用了ShakeMap开发过程中有关数据流的接收、服务,操作系统的重编译,事件检测,图片产出,     

地震动工程参数的估计

一、地震动研究和抗震设计从地震工程的观点着眼,地震动是引起结构震害的外因,是抗震设计防御的对象,地震动工程参数的研究是直接为抗震设计服务的。从历史上看,抗震设计理论与地震动研究有着密切联系,其发展可分为三个阶段(胡聿贤,1984)。第一阶段可称为静力阶段。在地震工程创立之初,日本学者大森房吉等认为结构承受的水平惯性力为     

场地指数与地震动参数的关系

利用现场实测资料，对河北省玉田、宁河两县烈度异常区内外的５１个场地（村庄）进行了模拟唐山地震的地震反应计算；研究了地震动参数（地面加速度和反应谱特征周期）与场地指数的关系，验证了场地指数反映场地地运效应的有效性。     

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...     

基岩人造地震动随机数对地表地震动参数的影响

随机数是人工合成基岩地震动输入的必备参数,对地表地震动参数有一定影响。以某实际化工工程场地剖面及其基岩加速度反应谱为基础,调整随机数,人工合成不同的基岩加速度时程,以此为输入,计算场地地表地震动参数,并对比不同随机数下地表加速度反应。对比结果表明,相同的场地和基岩反应谱输入,不同随机数对应得到的地表反应谱高频部分(0.2s)影响显著,而对地表反应谱周期部分(0.2s)影响不大,其中峰值加速度差别最为显著,输入地震动强度越大差别越大,大震输入下可达到60gal,有可能影响烈度判断结果。基岩人造地震动随机数主要影响峰值加速度和地表反应谱高频部分,基本不影响反应谱长周期部分。     

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.     

结构非线性时程分析中的地震动参数选择

基于性能的抗震设计是当前建筑结构设计的发展方向,其面临的一个重要问题是如何确定结构的需求,特别是非线性变形。在进行结构的非线性动力时程分析时,面临着众多的不确定因素,而地震动输入的不确定性对结构的响应影响最大。本文围绕地震动参数的选择展开研究,建立弹塑性SDOF体系和MDOF体系模型,从PEER强震数据库中选择182条远场水平地震动记录作为地震输入,计算结构的地震响应,分别对32个地震动参数和结构响应值取对数后进行线性回归分析,从有效性、实用性和效益性3个方面对不同地震动参数进行评价。分析结果表明:在进行结构非线性动力时程分析时,应针对结构的基本周期不同,选用不同的地震动强度参数。对于基本周期小于0.6 s的结构,可选用加速度类参数(如PGA或EPA);对于基本周期在0.6 s~3.0 s的结构,可选用速度类的参数(如PGV、EPV或者HI);对于基本周期大于3.0 s的结构,可选用位移类参数(如PGD等)。     

不同类别场地地震动参数的计算分析

基于188个工程场地计算剖面及场地地震反应分析的等线性化波动分析方法，通过对场地地震反应的计算及计算结果的分析，研究了4类场地条件对场地地震动影响的特点及规律，给出了每一类场地地震动参数变化的经验关系。     

基于地震动参数的RC框架结构易损性分析

以某典型的12层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,研究基于非线性动力时程分析和地震动参数的RC框架结构易损性分析方法。首先采用静力pushover分析判定结构薄弱层,并确定结构性能(capacity)参数;然后应用非线性动力时程分析估计结构地震反应,研究以峰值加速度和基本周期加速度反应谱作为地震动参数结构反应的不确定性,并进一步分析结构地震需求(demand)参数与地震动参数的关系;在此基础上,分别建立该结构基于峰值加速度和加速度反应谱的易损性曲线,通过考虑场地条件对地震动特性的影响,研究场地条件对结构易损性的影响,结果表明不同场地条件下的结构易损性曲线有一定差异。应用本文方法,根据新一代地震区划图或地震安全性评价确定的地震动参数,可以直接估计结构在未来地震中出现不同破坏的概率,这在结构的抗震性能评估和地震损失预测中有一定意义。     

地震动随机模拟方法主要影响参数分析

简要介绍了地震动随机模拟方法的原理,总结了影响地震动随机模拟结果的输入参数,重点分析了应力降、品质因子、高频衰减参数对PGA和反应谱Sa的影响。研究结果表明:应力降对地震动模拟结果影响最大;随着应力降的增加,PGA增大,各周期处的反应谱均有较大变化;矩震级增大时,PGA和反应谱的受应力降的影响也相应增大;品质因子Q0和指数n越大,PGA也越大,短周期处的反应谱受两者影响大,长周期处受其影响小;高频衰减参数k增大时,PGA和反应谱相应减小,k对PGA和短周期处的反应谱影响较大。     

不同地震动参数与地震烈度相关性对比研究

本文以美国加州3次破坏性地震和2008年中国汶川Ms8.0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.统计发现,在地面加速度峰值、地面速度峰值等16种描述地震动强度的参数中,烈度识别正确率及相关性最好的两个参数分别是标准累积绝对速度和谱烈度.     

关中地区地震烈度与地震动参数的衰减规律

地震烈度及地震动参数的衰减规律是计算工程场地地震动参数的重要环节。