近断层强地震动预测中的有限断层震源模型

提出了近断层强地震动预测中建立活断层上设定地震有限断层震源模型的方法和步骤.首先,根据地震地质和地震活动性调查以及地球物理勘探等资料,确定活断层的空间方位和滑动类型; 然后,根据地震定标律确定活断层的宏观震源参数; 第三,将高强体模型与k平方滑动模型相结合,产生断层破裂面上的混合滑动分布.在此基础上,预测了与1994年Northridge地震断层类型、矩震级(M_w6.7)基本一致的设定地震的有限断层震源模型.最后,将预测的有限断层震源模型与基于地震学的、使用动力学拐角频率的地震动随机合成方法相结合,预测了1994年Northridge地震近断层12个基岩台站的加速度时程,并和实际记录进行了对比.结果表明,用上述方法和步骤建立的有限断层震源模型是可行、实用的.      

基于鲜水河断裂带特征地震的地震动预测研究

鲜水河断裂带是中国西南地区一条活动强烈的大型左旋走滑断裂带,具有规模大、活动性强、地震频度高、潜在次生地震地质灾害严重等特点,其地震活动具有特征地震的典型特征,且活断层分段特征明显。本文建立活断层分段上的特征地震模型进行未来地震动预测研究,依据各分段的特征震级、特征破裂断面的几何尺寸、应力降和地震矩等重要震源参数,建立各分段上的随机有限断层震源模型,合成得到各分段观测点的地震动时程与峰值,最终得到整个断裂带的特征地震下的地震动场预测图。研究成果对中国的防震减灾工作具有重要的意义,技术方法可作为中国地震区划技术发展的有益探索。     

基于复合方法的天水盆地宽频带地震动模拟

本文采用有限差分和随机振动合成结合的复合方法,模拟了当礼县—罗家堡断裂发生矩震级Mw7.7级大地震时,在天水盆地产生的宽频带地震动场,分析了在设定地震条件下盆地内的地震动分布特征,为该区黄土地震滑坡分析提供了地震动参数结果。结果显示:(1)有限差分法和随机振动合成法可以很好地互补,得到盆地内地表宽频带地震动;(2)地震在盆地区域产生了强烈地震动,PGA(峰值加速度)介于150~900 gal,离断层较近的区域东南角的PGA最大,随着断层距的增加,PGA逐渐减小。河谷南侧的PGA值相比北侧较大,具备诱发滑坡的强大动力条件;(3)盆地区域PGV(峰值速度)最大为120 cm/s。受第四系覆盖层放大效应和地形放大效应共同影响,水平向地震动在盆地区域东侧和中部具有较大PGV,而西侧PGV相对较小。竖向地震动在盆地区域东侧较弱,而在中部和西侧较强,特别是最西侧陡峭的山坡上,PGV达到了最大值。此外,竖向地震动明显受到覆盖层厚度的影响,譬如在盆地区域南侧的中间部位,也具有较大的PGV。     

基于地震动信号分析的地质灾害过程重构方法研究与应用

地质灾害启动及演进过程中对途经的村庄、植被、基础设施等均会造成不同程度的破坏,而深入研究灾害的演进过程有助于灾害预警和防治工作,能减少灾区人员伤亡、降低经济损失。然而由于地质灾害的强破坏性和突发性,使得现场的监测仪器和设备易受灾害的影响,甚至被破坏,导致难以完整且准确地监测到灾害过程,这限制了对地质灾害过程的深入研究,因此亟需一种新的方法来进行灾害过程的重构。随着科技的发展,现有高精度地震仪能够记录伴随地质灾害而产生的地震动信号,并且已有不少研究者进行了基于地震动信号的灾害分析研究。基于现有研究的基础,本文提出一套基于地震动信号的地质灾害重构研究思路和方法体系:通过运用带通滤波器(BP-filter)、经验模态分解(EMD)、快速傅里叶变换(FFT)、短时傅里叶变换(STFT)、功率谱密度计算(PSD)等方法对灾害过程产生的地震动信号进行处理和分析,然后结合灾害现场调查结果进行对比分析以反演灾害的基本特征,进而与数值模拟结果进行耦合,最终实现灾害过程的重构。本文基于地震动信号对堰塞湖、滑坡、泥石流等不同灾种进行案例研究与分析,旨在为地质灾害演进过程的研究提供一种新的研究思路和方法体系。     

跨断层埋地管道反应分析改进的Newmark方法

在断层错动下跨断层埋地管道反应模拟方法中,壳模型有限元方法较简化索模型解析方法能更好地反映管道壳体反应特性,而目前国内外规范仍多采用便于应用的简化索模型解析方法。基于壳模型有限元方法,与索模型解析方法的对比计算分析,探讨了两类方法的管道轴向拉伸应变计算值差异及引起差异的主要因素,并在管道跨断层交角较小（小于70°）的情况下,提出了基于管道埋藏土层波速值和断层错动量两个参数的改进Newmark方法。进一步地计算分析表明,对于不同的管道跨断层交角和管材特性情况,改进的Newmark方法对壳模型方法计算结果的拟合度达到了0.87。     

基于向-位错模型的同震断层运动反演——以龙门山断层为例

针对2008年发生汶川8.0级地震的龙门山断裂铲状分布和断层倾滑面倾角随深度变化特点,本文提出了描述龙门山断层同震运动(滑动和转动)的向-位错组合模型。结合地质数据采用回归分析法模拟了断层在倾滑过程中断层面倾滑方向随断层深度的分布特征;利用四川地区实测的三维同震GPS数据结合粒子群算法,采用向-位错模型对汶川地震断层面的同震滑动和随深度的方向转动(向错)进行了反演计算,并将反演的同震滑动区域和大小分布与USGS断层滑动结果进行了对比分析。理论分析和模型计算表明:(1)在汶川8.0级地震发生过程中,由于断层的倾滑面为倾角由上向下逐渐变小的曲面,断层面上的倾滑方向也随断层面法线的改变而变化,即断层面在破裂过程中存在明显的向错现象;(2)龙门山发震断层的倾滑面转动方向随深度变化为一开口向上的抛物线,震中位于转动角变化的极值点附近;(3)在断层几何参数相同的情况下,采用向-位错组合模型反演的同震滑动区域和USGS的滑动区域具有较好的一致性,滑动大小的差异主要由断层模型之间的差异、测量误差等多种因素引起。     

基于线框模型的复杂断层三维建模方法

建立了包含复杂断层面地质体的三维数学模型.为准确表达复杂地质体各要素的空间几何形态及其相互之间的关联关系,设计了线框单元体模型,并提出了整体描述断层面的技术思路,解决了地层交错情况下断层面和地层面的模拟难题;在上述基础上,结合平面地质图数据,实现了复杂地质条件下三维地质体模型的构建.     

多种方法评价断层封闭性——以金湖凹陷石港断裂带为例

运用断层活动强度、现今应力作用方向与断层封闭效应及模糊综合评判方法,对金湖凹陷石港断裂带地区的断层封闭性进行了评价。研究表明,石港主控断层在不同位置的封闭性存在很大的差异,具有"南开北闭"特征,表现为断层在南部开启,在北部闭合,从而有效地封闭了油气。北部的次级派生断层封闭性较好,在局部形成断层遮挡油气藏。通过模糊综合评判法评价断层封闭性,认识到不同时期各断层封闭成藏情况不同:阜宁组断层封闭性好于戴南组;阜四段主要为泥岩,封闭性最好;阜二段和戴一段封闭性较好。分析结果与实际勘探状况相吻合。     

岩土工程中的设计地震动参数确定

与岩土工程相关的设计地震动参数的规定分散在各行业的工程设计规范之中,比较了主要技术规范中设计地震动参数规定之间的差别,讨论了在岩土工程的勘察与设计中确定地震动参数的方法和内容,分析和研究了确定设计地震动参数时不同规范之间需要协调的主要问题,指出了在目前岩土工程中的设计地震动参数确定方面的需要重点关注的参数选择的合理性,提出了具有地震工程专业基础（注册地震安评工程师）的注册土木工程师（岩土）确定具体设计地震动参数应更符合工程建设的实际需要的建议。     

Strong ground motion modelling of causative fault for the 2002 Avaj earthquake, Iran

The suitability of a very fast method for obtaining synthesizing accelerograms has been demonstrated for a hybrid simulation technique of source wavelet and acceleration envelope waveform for the 2002 Avaj earthquake. This method is based on the amplitude modeled white noise and envelope waveform. The estimation of peak acceleration from a preliminary simulated record is based on using modeling parameters of rupture plane instead of empirical relations for peak acceleration. Based on comparison between observed and simulated strong ground motion data, a fair agreement is observed between simulated and observed records up to distances 40 km for peak acceleration and duration. The most important feature of the recorded strong motion is decay up to a distance of 40 km which is due to direct upgoing shear waves. At distance of 50 to 60 km peak acceleration increase, which is due to postcritical reflection from velocity gradient in the lower crust. A flat trend is observed for peak acceleration at distance of 60 to 100 km. The simulation indicates that the rupture is started at depth of 8 km and propagated from northwest to southeast. The causative fault for the 2002 Avaj earthquake shows similar mechanism to the 1962 Buin-Zahra earthquake.     

地震动强度对斜坡加速度动力响应规律的影响

依托大型振动台试验成果,采用加速度响应峰值PGA及其放大系数相结合的分析方法,系统地探讨了上硬、下软和上软、下硬两种岩性组合结构斜坡模型,分别在正弦波和天然地震波作用下坡面各高程点的水平向和竖直向加速度响应随震动强度增大的变化规律。试验结果分析表明：①在天然波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA均随震动强度增大而增大,而放大系数则随震动强度增大到一定程度时,逐渐减小并趋于稳定;②在正弦波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA亦随震动强度增大而增大,然而竖直向PGA放大系数随震动强度增大亦有所增大,说明竖直向加速度响应表现出了相对于水平向响应较弱的非线性特征;③在水平向和竖直向地震力作用下加速度响应沿高程表现出的放大效应分别体现在斜坡模型的上段和下段。此外,斜坡模型的加速度响应沿坡面在坡脚、坡中和坡肩等特殊部位出现了多个极值区;④在水平向地震力作用下低频的地震波作用要强于高频地震波,且加速度在上硬、下软岩性组合结构斜坡模型中的响应要强于上软、下硬岩性组合斜坡模型;在竖直向地震力作用下则呈现相反结果。其研究结果对高地震风险山区的防震减灾及灾后重建都具有指导和借鉴意义。     

基于地面运动强度及标准贯入试验的上海地区砂土地震液化评价

上海市地处长江三角洲前缘,黄浦江和苏州河交汇区域,特殊的地理环境与沉积环境导致浅部砂层广泛发育。随着城市建设的不断推进,上海城市区域范围的砂土地震液化风险评价成为亟待研究的课题。文章基于上海市工程钻孔数据,结合地震地面运动加速度分布与标准贯入试验,建立区域性地震液化危险性评价模型,对上海市进行了地震液化危险性评价。研究认为当发生50年超越概率10%的地震条件下,上海市陆域面积的66.0%将不会产生地震砂土液化灾害,21.8%的陆域面积仅发生轻微液化,只有崇明、横沙、长兴三岛,黄浦江及苏州河两岸地震液化等级达到中等甚至严重,占全市陆域面积12.3%;50年超越概率2%的地震条件下,随着峰值地面运动加速度整体升高,全市范围内轻微—严重液化区域明显增多,可能发生地震液化的总面积达到全市陆域面积46.25%。上海市存在砂土地震液化的危险性,但是发生概率较低。研究认为,目前的抗震设计规范中上海市的设防烈度偏高,可能导致不必要的建设成本。同时研究中的不同超越概率下的地震液化危险性评价结果为上海市工程建设相关标准的合理化改进的提供了建议和参考。     

材料模型参数对自由场地震响应的影响

水平自由场地震响应分析是岩土地震工程近几十年的研究热点之一。利用完全耦合有限元程序SUMDES 2006和临界状态砂土本构模型,分析了15 m深的饱和砂土自由场在地震作用下的响应,包括加速度的传播、孔隙水压力的发展、侧向变形以及地面沉降。通过增大和减小10 %参数值,分析了材料本构模型中12个参数值的变化对土层地震响应的影响。分析结果表明,在这些参数中,临界状态应力比M和e - 平面中临界状态线在 轴上的截距 的影响比较显著,因而利用室内试验数据率定模型参数时,需保证其有足够的精度。分析结果也说明,用于自由场地震响应分析时,临界状态砂土本构模型仍然有进一步简化以减少参数个数的空间。     

地铁交叉隧道近场强地震反应特性的三维精细化非线性有限元分析

基于ABAQUS软件研发的显式有限元并行计算集群平台,建立地铁双层交叉隧道结构的三维精细化有限元分析模型,研究了近场强地震动作用下地铁双层交叉隧道的三维非线性地震反应特性,并与浅埋/深埋单层隧道的地震反应特性进行了比较,结果表明：双层隧道的相互作用效应对上、下层隧道顶、底部之间的相对水平位移差具有放大作用;对上、下层隧道的地震应力反应有减小作用;双层隧道上、下层左侧的地震应力反应大于右侧的地震应力反应,隧道拱肩和拱腰处的应力反应明显大于其他部位,拱肩为隧道结构的最危险部位;双层隧道下层顶、底部的峰值加速度反应大于上层顶、底部的峰值加速度反应;双层隧道相互作用效应对上、下层隧道地震反应的影响与双层隧道的交叉形式和基岩输入的近场强地震动特性有关。     

GIS地表塌陷计算的有限棱柱法及三维数据模型

具有强大信息管理和可视化功能的GIS已在地下硐室开挖、矿山采掘、边坡等许多工程领域中得到了广泛应用。笔者给出了一种用于地下开挖变形描述和应力分析的方法——有限棱柱法，并就该方法与GIS集成中的数据模型和数据组织方法进行了探讨，建立了基于GIS的虚拟地质体地下开挖变形描述与评价计算的三维可视化系统，并对多语言集成模式和数据可视化方法进行了探讨。同时还给出了该方法的工程应用实例，对该方法的可靠性和有效性进行了验证。     

北京顺义断裂活动对首都机场地裂缝影响定量研究

顺义断裂是北京平原区重要的晚更新世活动断层。首都国际机场位于顺义断裂中段, 2010年以来, 机场跑道地裂缝逐渐加剧, 地裂缝两侧最大垂直位移差高达20 cm, 已经严重影响机场安全运行。当前, 顺义断裂活动对首都机场地裂缝的影响仍以定性描述为主。文章以顺义断裂几何结构、第四纪活动性以及首都机场地裂缝调查研究为基础, 依据断层位错理论, 定量分析了顺义断裂蠕滑活动对机场地裂缝形成的贡献, 研究了1996年12月16日顺义ML4.5级地震对机场地裂缝可能产生的影响, 并讨论了顺义断裂未来发生潜在强震时机场地裂缝灾害风险增加的趋势。分析认为, 在0.6 mm/a的垂直活动速率下, 顺义断裂蠕滑活动46年, 在机场地裂缝两侧产生的差异沉降量不超过2.5 cm, 对机场地裂缝形成和发展的贡献量约占20%;顺义ML4.5级地震对机场地裂缝的形成影响甚微, 顺义断裂若未来发生7.0级地震, 估算在断裂两盘产生的差异沉降量最大达104 cm, 机场地裂缝灾害风险将增加5倍; 顺义断裂上盘中、深层地下水抽采引起的地面差异沉降在机场地裂缝形成和扩展中的贡献量为70%, 仍是导致机场地裂缝加剧的主要因素。研究结果可为首都国际机场地裂缝灾害精准防控提供重要科学参考。此外, 为深入揭示顺义断裂沿线地裂缝、地面差异沉降等缓变型地质灾害成因机理和灾害效应, 建议在其关键部位实施跨断层位移或形变动态监测工作。     

Ground motion estimation during the Kashmir earthquake of 8th October 2005

In this article, analytical methods have been used to estimate ground motion during the 8 October 2005, Kashmir earthquake. Peak ground acceleration (PGA) values at several stations in the epicentral region have been estimated by empirical analytical source mechanism models. As an alternate analysis, PGA estimates have also been obtained using the stochastic finite fault seismological model. The estimated PGAs are compared with that obtained from damage values. A PGA contour map in the near-source region is provided. It is found that very near to the epicenter, PGA would have reached more than 1 g. It is demonstrated that empirical analytical models can be effectively used to estimate ground motion due to rupture of active faults.     

复合地基沉降计算的复合本构有限元法适应性研究

复合本构有限元法是一种新型的复合地基沉降数值计算方法.采用复合本构有限元和传统三维有限元两种计算模型,通过不同桩土模量比、置换率和桩长条件下复合地基沉降计算结果的比较,对复合本构有限元法的适应性进行了探讨.