基于实测记录分析场地因素对海底地震动特性影响

目前基于海底实测记录的分析发现海底与陆地地震动特性存在明显差异,但难以进一步确定海底地震动特性的影响因素.在以往研究的基础上对比同次地震中相邻海底台站间地震动特性的差异,并分析造成差异的原因.以日本K-NET地震台网中6个海底强震台站及其相邻不同场地条件陆地台站监测的8次强震记录为研究对象,通过分析强震记录的峰值加速度...     

地脉动水平/竖向谱比表征地震动场地效应的有效性及其修正

近年来,地脉动水平/竖向谱比法广泛应用于获取场地卓越频率工作中,但在指示地震动放大系数方面是偏小的。利用KiK-net台网403个台站共21万余组数据,通过对比分析地脉动水平/竖向谱比MHVR和地震动水平/竖向谱比EHVR,发现二者的谱形和峰值频率基本一致,但幅值存在差异。根据MHVR谱形将场地分为6类,建立将MHVR修正为EHVR的经验方法。当MHVR有可解释的峰值时,实测EHVR和修正后MHVR预测值一致性提高。地震动峰值加速度在40 cm/s2以下时,EHVR受场地非线性的影响较小,利用MHVR及其修正方法可有效估计EHVR。     

HVSR方法用于地震作用下场地效应分析的适用性研究

以美国Garner Valley Downhole Array（GVDA）竖向观测台阵的强震观测记录为基础,利用水平与竖向谱比（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio, HVSR）方法与传统谱比方法研究了多次地震作用下竖向台阵场地的波动传播规律,探讨了该场地HVSR曲线与传递函数（Transfer Function, TF）曲线的差异,综合利用频域求解一维层状场地P、SV波入射情况下场地响应的土层地震反应分析方法和合成理论地震图的波数积分法解释了二者差异可能的原因,在此基础上研究了HVSR方法应用于地震作用下场地效应分析的适用性.研究结论表明：竖向地震动场地效应是HVSR与传递函数产生差异的主要原因,竖向地震动场地效应主要是由竖向地震动中的P波成分引起的.在场地竖向放大可以忽略的频段范围内,HVSR可以作为传递函数研究地震作用下的场地效应.     

基于K-NET强震台网的海底地震动特征初探

为了研究海底地震动的特性,本文基于日本K-NET台网,选取124次地震事件中,5个海底台站和6个陆地台站所记录的981条地震动记录。经过数据筛选与处理,对典型地震动参数、动力放大系数谱和竖向与水平谱比进行了分析。结果表明：海水的存在会削弱竖向地震动的高频成分,导致竖向峰值加速度和强震持时要显著小于水平向;海底场地条件对海底地震动有放大作用,则选用陆地地震动进行海洋工程抗震设计会低估地震荷载带来的影响;当周期0.1 s相似文献   

地震动河谷场地效应研究

本文以梯形河谷场地为研究对象,采用二维显式有限差分和透射人工边界理论,根据设计的正交表建立计算模型,计算分析了梯形河谷场地对地震动的影响因素,对其影响程度进行了排名,并采用强震记录分析法对计算结果进行了初步验证。结果表明,4个因素对梯形河谷场地的地表地震动有重要的影响,但是其影响程度随着位置的变化表现也不同,不同位置的影响因素排名不同;距河谷谷坡40m以内的场地,各影响因素排位相同,首位是河谷坡角,其次是深宽比、覆盖层厚度,最后是输入地震动强度,因此,河谷场地距谷坡一定距离时各因素对地表地震动影响程度基本相同,该段场地河谷地形的几何参数对地震动影响起较大作用;随着场地距河谷谷坡越远,影响因素的排位也发生了变化,总体上是坡角排位后移,输入地震动和覆盖层厚度排位前移,河谷几何参数对地震动影响逐渐减弱,覆盖层厚度和输入地震强度2个因素的影响逐渐加大,该段场地对地震动影响与水平成层场地类似。对安宁河河谷场地强震记录分析验证的结果表明,河谷地形对地震动有显著的放大作用,同时也验证了本文的数值模拟结果是可信的。     

场地土层模型参数的地震动记录反演方法

考虑场地土层不同物理参数的综合反演,改进了水平与竖向谱比（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio,简称HVSR）混合全局优化反演方法,进一步通过土层的S、P波波速、厚度、泊松比、密度和S、P波品质因子等土层参数反演的敏感性分析,形成了可同时反演场地土层厚度及剪切波速的混合全局优化反演方法.以美国GVDA和日本IWTH27竖向强震动观测台阵为例,分别以理论HVSR及加速度观测记录获得的HVSR曲线为目标,反演获得了场地浅层速度结构,并与观测台阵场地钻孔揭示的土层模型进行比较,验证了发展的反演方法的合理性和适用性.本文研究表明,基于地震加速度记录的HVSR全局优化反演方法是获取场地土层速度结构的一种有效的途径.

     

句容抽水蓄能电站工程场地稳定性及地震动效应研究

本文结合国家重点工程——句容抽水蓄能电站工程的具体情况研究了地震地质条件、地震活动环境及断裂构造对建设抽水蓄能电站工程的影响,研究了场地的稳定性及地形地貌对场地地震动效应的影响。经二维波动有限元分析,主坝坝基处的地震动峰值加速度要比地震危险性分析给出的平坦基岩场地放大11.6％～14．5％,地形地貌对场地地震动效应的影响是存在的,但相对较小,对本工程的抗震设防影响不大。本文研究成果已在工程设计中采用,该成果对其它同类工程也有一定借鉴作用。     

基于强震动记录的汶川地震场地效应研究

场地效应一直以来是地震工程领域研究的热点。利用数值模拟和理论计算的方法进行这方面的研究已极为普遍。由于不需要太多的假设和简单的计算过程,基于强震动记录的场地效应分析方法越来越得到认可而被广泛应用。2008年汶川地震中,我国强震动观测网络(NSMONS)在主震和余震中分别获得了大量高质量的自由场加速度记录。这些记录为研究汶川地震场地效应提供了良好契机。本文以此为基础数据,从场地类别划分、场地反应广义反演和场地反应非线性识别3方面开展研究,旨在拓宽强震动记录在我国科学研究和工程实践领域的应用范围,推进强震观测事业的发展。主要工作如下:(1)在总结了目前国内外3种常用的HVSR场地分类方法优缺点的基础上,提出了一种新的分类方法——谱比熵权决策法,改进了现有方法。采用这4种方法划分了汶川地震中54个强震动固定台站和66个流动台站的场地类别。通过比较不同分类结果的差异,验证了新方法较以往方法更具合理性。(2)提出了一种新的基于HVSR形状的场地分类标准。在汶川地震强震动流动台站的场地分类中,证实了新标准可提高分类准确率,有效地解决了以往方法当HVSR曲线出现多个峰值或没有峰值的情况下无法适用的局限性。另外分类结果还表明,HVSR方法识别的场地自振周期TG与台站高程存在一定的相关性,总体上,高海拔地区的台站场地TG相对较小。(3)选取了28个强震动台站在汶川地震余震中的96个地震中获取的602组记录,采用广义反演法(GIT法)分离了其震源、路径、场地3项因素。针对台站062WUD,采用标准谱比法(SSR法)估计其场地反应并与GIT法的结果进行比较,显示两者较为一致,验证了广义反演结果的可靠性。将GIT法获得的28个台站的场地反应与HVSR法获得的结果进行比较,发现HVSR法计算的台站场地卓越频率与GIT法较一致,但场地反应幅值大都低于GIT法,验证了HVSR法能很好地估计场地卓越频率但会低估场地反应幅值的已有认识。在对数刻度下回归了1.0~5.0Hz、5.0~10.0Hz及1.0~10.0Hz频率段内的平均场地放大因子与上地表土层20m深度的等效剪切波速VS20值的线性关系,结果显示两者具有较好的相关性。(4)在运用广义反演法对汶川地震场地非线性反应进行识别与分析的过程中,定义了一种新的表示场地至地震源(site-to-source)距离的形式——凹凸体距,并验证了其相比目前常用的破裂距、断层距和震源距更能科学近似地表示大震中场地至地震源的距离,解决了广义反演方法不适用于大地震的局限性。(5)提出了将S变换应用于场地地震反应的非线性识别与分析的研究思路,与GIT法和HVSR法分别对33个强震动台站在汶川地震主震中的场地地震反应进行非线性识别与分析。结果表明,当地震动PGA300cm/s2或PGV20cm/s时,场地地震反应出现明显的非线性现象,对应台站051AXT、051GYS、051GYZ、051JYC、051JYD、051JYH、051JZW、051MXN、051SFB和062WUD,在汶川地震主震中产生了显著的场地非线性反应。通过与GIT法和HVSR法的研究结果进行比较,证实S变换在时域内可有效地进行场地反应的非线性识别,并且较频域方法具有能识别非线性发生的具体时间的优点。(6)在对汶川地震场地地震反应进行非线性识别过程中,分析了GIT法和HVSR法获得的弱、强地面运动作用下的场地卓越频率之比RFp与地震动水平PGA、PGV以及场地系数VS20、VS30之间的相关性。结果显示,RFp与PGA、PGV存在较强的正相关性,却与VS20、VS30弱相关。提出了一种新的定义场地反应非线性程度的参数——ADNL,计算了各台站的ADNL值以及其他类似参数fNL、DNL和PNL,并与地震动参数PGA进行经验回归分析,结果显示,各参数与PGA都存在强烈相关性。     

2020年7月12日唐山古冶5.1级地震揭示的北京城区地震动场地效应分析

局部场地条件对地震动特性影响显著,深厚的软弱覆盖层引起的地震动场地效应会显著放大中长周期反应谱。采用谱比法,对2020年7月12日唐山古冶5.1级地震中获得的部分强震动记录进行统计,发现在本次地震中北京城区的地震动场地效应显著,深厚覆盖层明显放大了加速度反应谱,在T=1.2 s左右反应谱放大倍数可达4.0,说明北京地区的场地和盆地效应使得远场地震动的中长周期成分显著放大。此外,发现参考基岩场地记录是否与土层场地处遭受的基岩地震动一致,仍然是制约统计结果可靠性的关键因素。      

竖向地震动特征研究

本文以国内外数十次地震(ML≥5)的近场自由地表加速度记录为基础数据，进行近场加速度峰值比的统计分析，并着重对1999年台湾集集地震竖向地震动反应谱特征进行研究。统计结果表明，竖向与水平向(V／H)加速度峰值比与震源距相关，随震源距增加，比值降低；竖向反应谱及竖向与水平向加速度反应谱比是周期的函数、并与场地条件及震源距相关。     

场地条件对地震动参数影响的关键问题

场地条件对地震动的影响很大,在地震动幅值（如峰值加速度）和频谱特性（如反应谱特征周期）的变化上均有体现,而我国现行抗震设计规范没有考虑不同场地条件下地震动峰值加速度和加速度反应谱平台值的变化。本文介绍了我国现行抗震设计规范中场地类别的划分方法、场地对地震动参数值的规定和存在的问题。详细分析了土层结构、覆盖层厚度等场地条件对地震动峰值加速度和反应谱的影响,以及已经取得的研究成果。最后,就场地分类、影响地震动参数的场地条件、地震动参数随场地条件调整的方法等,提出了有待进一步研究的问题。     

基于钻孔数据的大同场地类别与地震动参数分布研究

收集在大同市开展的117项地震安全性评价报告,重点整理报告中的319个钻孔数据,核对各场地类别。参考第五代地震动参数区划图,选取有代表性的22个工程场地,重新进行地震危险性概率分析和土层反应计算,确定各场地50年超越概率为63%、10%、2%的地震动参数,分析大同市场地类别分布特征和地震动参数分布特征。结果表明,这些项目集中分布在大同市南部,工程场地类别主要为Ⅱ类和Ⅲ类,绝大多数为Ⅱ类。50年超越概率10%的水平峰值加速度中,只有1个工程场地的结果是0.182g,位于0.15g区,其余均位于0.20g区。50年超越概率10%的特征周期在0.52~0.65s之间,平均值为0.58s。     

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。     

山东省场地类别分布及地震动峰值加速度区划调整

首先,本文搜集了山东省5220个建设工程场地的资料,引入"分布区"的概念,统计分析了山东省场地类别的区域分布并进行了分区。然后,根据《中国地震动参数区划图（GB18306-2015）》中的山东省地震动峰值加速度区划以及Ⅲ类场地调整系数,对山东省Ⅲ类场地分布区的地震动峰值加速度区划进行了调整,得到了考虑场地类别分区的山东省地震动峰值加速度区划图,增进了对山东省地震灾害风险空间分布的认识。结果表明,山东省场地类别分布与地貌分区有很强的相关性,Ⅰ-Ⅱ类场地分布区包括鲁中南山地丘陵区（西南部的山间平原地带除外）以及鲁东丘陵区,Ⅲ类场地分布区包括鲁西北-鲁西南平原区和鲁中南山地丘陵区西南部山间平原地带。Ⅰ-Ⅱ类场地分布区约占全省陆地面积的59.5%,Ⅰ-Ⅱ类场地分布区与Ⅲ类场地分布区的面积比例约为1.47。地震动峰值加速度区划图经过调整后,Ⅶ度及以上设防区域占全省陆地面积的比例由79%提高到90%,10个地级市的峰值加速度有提高。     

场地对地震动放大作用的方向相关性研究

现有场地对地震动的放大作用分析中,常采用观测得到正交方向的HVSR和SBSR的矢量合成结果表征场地放大作用,而不考虑放大作用的方向相关性。为研究不同地震作用下场地放大作用的方向相关性,采用多向HVSR和多向SBSR及谱比峰值方向相关分布概率,以11次地震事件获得的地表、井下基岩记录作为数据,开展响嘡场地效应台阵场地对地震动放大作用的方向相关性分析。研究结果表明,常用的矢量合成法分析结果与多向谱比上包络曲线法分析结果存在差异,前者存在忽略部分峰值的可能;多向谱比的极坐标等高线图可较直观地体现场地对地震动放大作用的方向相关性特征,但不同多向谱比表现存在差异;多向谱比峰值方向分布概率可较好地定量分析放大作用峰值在不同方向上的差异,但不同地震事件存在差异,不同的多向谱比存在差异。可采用多向谱比上包络曲线法分析场地放大作用,除可避免矢量合成法引起的误估外,也可更好地分析实际场地频率-方向相关的放大作用。     

基于特征分类排序的典型海底地震动记录研究

面向海域工程抗震设计及评估对海底地震动的需求,基于日本相模湾海域K-NET的ETMC海底强震动记录,根据震级、震中距选取面向工程输入的949组地震动记录数据库。在考虑震源类型差异的基础上,对地震动峰值、持时、频谱等参数进行分析,通过反应谱、Arias烈度等指标描述典型海底地震动特征。根据峰值加速度、显著持时等强度指标对海底地震动记录进行排序,给出基于不同地震动特征分类下的典型地震动记录。推荐的海底地震动可为考虑不同结构需求参数的典型海域工程结构时程分析提供输入地震动。     

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

随着强震台网的密布及观测记录的增加,为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据,也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地,通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型,研究地震动特征,分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录,采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型,进行局部场地地震反应分析,预测该盲测场地的地表地震动特征,并与对应的实测强震记录结果进行对比,分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响,重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响,以期为地表地震动的合理预测提供参考。     

北京地区地震动的三维有限差分模拟

根据北京地区地壳结构和1679年三河-平谷8级地震的研究结果，对北京地区进行了三维有限差分地震动模拟研究，并研究了北京地区的盆地效应。结果表明，盆地效应非常明显。在北京盆地内的大部分地区，盆地效应的放大系数达到1.3，在某些地区甚至达到2.0。将盆地的放大效应与北京市区地表土层的放大效应进行了对比，发现它们的放大率为同等水平，在部分地区盆地的放大效应更为明显。我国现行的抗震规范中只考虑了地表土层效应的影响，由于许多城市位于盆地内，并且已经修建或正在修建大量的具有较长自振周期的高层建筑。因此，本文的研究结果对城市规划与防震减灾具有重要的指导意义。     

基于卷积神经网络的速度大脉冲识别方法研究

含速度大脉冲的强地震动具有复杂的特性,人工提取速度大脉冲特征的方法较繁琐,故利用卷积神经网络（CNN）在图像特征自动提取方面的优势,提出基于卷积神经网络图像识别的速度大脉冲识别方法。基于美国太平洋地震工程研究中心NGA-West1数据库提供的强地震动记录,筛选出6 000条非脉冲记录和91条含有速度大脉冲的强地震动记录。采用在原始记录中加入高斯噪声和过采样的方法,使2类记录样本数量达到均衡。利用本文建立的卷积神经网络模型对2类记录速度时程图进行特征自动提取和分类识别,结果显示测试集准确率为99%,表明本文卷积神经网络模型能够自动提取速度大脉冲特征,进而复现已有结果。将本文方法与传统方法进行了对比,结果表明,对含有多个速度脉冲的强地震动记录的识别,本文方法优于传统方法,具有较高的可靠性、鲁棒性、灵活性。     

基于汶川地震远场强震动记录的厚覆盖土层对长周期地震动影响分析

利用2008年5月12日汶川8．0级地震的远场强震动记录,研究太原盆地厚覆盖土层对长周期地震动的影响,并将其结果与地震安全性评价工作中的土层反应分析结果进行比较。结果表明：厚覆盖土层对长周期地震动有很强的放大作用,覆盖层厚度越厚,峰值出现的周期越大,而相对于基岩最大放大可达9倍左右。另外,对于厚覆盖层的场地,观测结果与场地地震安全性评价计算结果在一定的长周期范围内差别相当大,相对于基岩,观测结果的放大系数至少高于场地地震安全性评价计算结果的2倍以上,最大达到近9倍。