地震预警仪观测地脉动差异与评估场地条件的可行性研究

根据台站场地条件进行地震动参数校正,有助于提高地震预警的有效性和准确性。针对我国地震预警台网中部分台址场地条件信息不完整及观测仪器的多样性,通过采用不同灵敏度的力平衡式加速度仪、速度仪和MEMS烈度仪,同时进行大量不同类别场地的地脉动观测,多角度对比分析时、频差别,探讨基于地震预警仪观测地脉动评价场地条件的可行性。结果表明,加速度仪灵敏度越高,H/V谱比卓越频率越易识别;速度仪与力平衡式加速度仪观测的地脉动,三分向傅氏谱和H/V谱比的谱形与卓越频率均一致;与TAG-33M强震仪相比,TMA-53烈度仪观测的地脉动整体幅值略高,波形较差,但随着振幅增大趋于一致;在近80%的场地上,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱卓越频率相差＜0.5 Hz;当幅值均方根值＞0.05 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱均趋于一致;当幅值均方根值为0.02 Gal～0.05 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱谱形均有较高的相似性;当幅值均方根值＜0.02 Gal时,TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱谱形相差较大,相似性低;依据TAG-33M强震仪观测地脉动H/V谱比的卓越频率判定场地类别,准确率达83.3%;TMA-53烈度仪观测地脉动的H/V谱比过于平坦,大多数场地上卓越频率识别困难。     

MI3000和GL-P2C地震烈度仪性能对比

在合肥地震台和安徽省地震局仪器检测室均架设MI 3000和GL-P2C地震烈度仪,分别进行同台址观测,对记录的背景噪声进行RMS值和噪声功率谱计算,对比分析2种烈度仪性能。研究结果显示:①自噪声水平:2种烈度仪水平向自噪声水平均约为垂直向的50%,且MI 3000地震烈度仪约为GL-P2C地震烈度仪的3倍;②频带范围:GL-P2C地震烈度仪比MI 3000地震烈度仪频带范围更宽,且在0.1—40 Hz范围内,比MI 3000地震烈度仪记录信号的噪声功率谱降低约10 dB。分析认为,相对于MI 3000地震烈度仪,GL-P2C地震烈度仪性能更佳。     

MEMS地震烈度仪在结构地震反应观测中的应用

工程结构地震反应观测台阵获取常时和震时结构反应记录,是工程结构健康诊断和震害评估的重要技术手段之一。2019年,云南大理建设了一个由8个地震烈度仪测点组成的结构地震反应观测台阵,每台烈度仪内置一个3分向微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)加速度计。通过标准振动台检测,确定台阵配备的烈度仪的幅频响应特性曲线和线性度误差符合相关行业标准的要求。该台阵于2021年5月获得了大理漾濞地震序列的多次结构地震反应记录,本文选取其中3次M_S3.0～M_S3.2级地震,分析了观测记录的加速度时程、傅里叶幅值谱和信噪比等数据,由结果可知：该台阵可较好地记录幅值≥0.5 cm/s²、频带1.0～39.0Hz的振动信号,对于近场小震具有一定的监测能力。     

桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析方法

理论计算及实测资料表明,反射波法基桩动测激振信号近似为半周期正弦波,不同激振方式产生的桩顶速度脉冲信号宽度不同,相应频率成分也就不同。桩身内阻尼对不同频率谐波的幅值衰减及频散规律不同,使得不同激振方式产生的复合脉冲在同一桩中会有不同变化规律,为了使不同激振方式测试资料具有可比性,应采用相同频带进行对比。为此利用小波分析的时-频特性,通过对测试信号进行时频分解,就桩身内阻尼对不同频带信号的吸收系数及波速的影响规律进行了研究。对实测资料分析的结果表明,预制桩不同频带信号波速变化不大,但衰减系数随频率增大近似线性增加。     

单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究

为研究冻结黏土的动力特性,在不同温度(-0.6℃,-1.0℃,-1.5℃)和不同频率(0.5 Hz,1.0 Hz,1.5 Hz,2.0 Hz,3.0 Hz)时开展单轴分级加载试验。结果表明,随动应变幅的增加,温度和加载频率对土的动刚度、阻尼特性和残余应变特性的影响越来越显著;骨干曲线均呈线性变化特征,相同动应变幅时动刚度随温度的降低和频率的增加而增大;阻尼比随动应变幅的增加先增加再逐渐减小,加载末期呈略微增加趋势;相同动应变幅值时阻尼比随温度的降低和频率的增加而减小;同一级荷载下残余应变随循环次数呈线性不断增加,加载级数越高,残余应变增长越快;不同温度和频率时dε_(pd)/dt随动应变幅的增加而增大,相同动应变幅时dε_(pd)/dt随温度的升高和频率的降低而增大。     

地铁荷载下隧道周围粉性土变形的22因子设计

为研究地铁荷载作用下饱和粉性土的累积塑性变形特性,针对上海地铁10号线国权路附近的饱和粉性土进行多功能GDS循环三轴试验,考虑振动频率、动应力幅值对累积塑性应变的影响。试验结果表明:相同振动频率下,动应力幅值越大产生的累积塑性应变就越大;相同动应力幅值条件下,频率越小产生的累积塑性应变就越大。采用2~2因子设计法进行分析,得到振动频率、动应力幅值及振动频率与动应力幅值互作等因素均对累积塑性应变有显著影响。通过回归分析理论,建立考虑振动频率、动应力幅值及振动频率与动应力幅值互作等因素的累积塑性应变的非线性方程,并对方程进行检验。该研究成果能为控制地铁运营产生的沉降提供有价值的理论依据。     

干砂土高频振动下压缩变形特性试验研究

在自行改装高频振动系统基础上,通过对干砂土进行高频振动压缩室内试验,研究了干砂土变形特性。试验研究表明:在18~27 Hz的频率范围内,塑性压缩变形随着频率的增加而减少速度很快;在27~37 Hz的频率范围内,塑性压缩变形随着频率的增加而减少速度减缓。重点分析了相对密实度、动应力幅值等因素对高频振动下频率与塑性压缩变形之间关系的影响。分析结果表明,虽然在频率较低时,这2个因素对塑性压缩变形影响很大,在高频时,塑性压缩变形对这2个因素不敏感;但是它们并不会改变频率与塑性压缩变形关系曲线变化的趋势。     

对低频振动台振动波形的超低频失真度量值测试报告

波形的非线性失真度是评定振动台运动精度的一项重要技术指标,而目前国内外还没有直接测量波形频率低于2Hz的失真度仪,这就限制了低频标准振动台的使用范围,而这正是地震系统及其它一些低频测振系统共同关心的部分。本文提出的超低频波形失真度测量法,是应用FFT方法在频域上展示并量取各次谐波幅值,通过简单计算得出超低频失真度量值。我们已用该方法对中国计量科学院生产的垂直向低频标准振动台和水平向振动台作了频率低于2Hz的失真度量值测试,并获得结果。在国内首次扩大了该套振动装置的使用频率下限,为地震仪及低频测振仪的标定工作作出了贡献。该方法也适用于其它如机电转换装置及电信号发生、记录、转换装置的失真度量值测试。     

含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

考虑刚度及边界条件的短索索力求解与试验研究

建立了一个非齐次边界拉索力学模型,基于拉索线性振动理论,推导了考虑拉索抗弯刚度及边界条件的拉索频率方程;根据双曲函数的数理特性对频率方程进行了合理简化,得到了实用的频率简化方程,提出了逆过程求解索力的方法和步骤,并探讨了不同支承刚度对索力的影响。设计了室内拉索试验模型并进行了27种工况索力试验,比较了不同工况下的计算索力与实际索力,验证了本文提出的频率简化方程和逆过程求解方法的实用可靠性。     

近车站地铁运行引起的环境振动的实验与分析

选取上海地铁交通9号线沿线近车站典型区段为对象,以基于LabVIEW2010开发平台的振动测试系统进行数据采集。根据现场实测数据,分析了地铁运行时隧洞中心线对应的地表处3个方向,以及距中心线不同距离地表处垂直地面方向的振动响应实况和振动特性及传播规律。结果表明,地面振动以垂直地表方向振动为主,振动幅值距离隧洞中心线越远越小,在15m左右存在放大区,且放大的敏感频率为15~25Hz。本次实验地点靠近9号线某车站,实验数值具有一定的典型性和特殊性,可为完善该领域的研究提供借鉴和参考。     

速度、加速度检波器在超深层地震勘探中应用效果分析——以川南赤水地区为例

川南地区重要产气层之一的震旦系灯影组埋深约9000 m,以往多期地震勘探未能取得高品质资料,原因之一就是灯影组反射信息频率较低,而常规检波器(六串两并20DX-10 Hz速度型检波器)在低频段衰减严重,未能完整接收到地震反射信息.为得到深层高品质的资料,在川南赤水地区开展了不同类型检波器试验研究工作,首先研究了3种检波器(20 DX-10 Hz速度型检波器、自然频率5 Hz速度型检波器、单点陆用压电加速度检波器)的幅频特征,分析了不同检波器对低频信号接收能力的差异;对比测试了3种检波器对主频为25 Hz的雷克子波的波形、频率响应;结合实际地震资料,分析了加速度型检波器的实际地震资料在加速度域和速度域的频率特征;最后将加速度检波器地震资料转换至速度域,与其他两种速度型检波器地震资料对比分析得到以下认识:(1)加速度检波器具有宽频带特性,对提高分辨率较为有利,适用于勘探目的层相对较浅地区的高分辨率勘探.(2)加速度检波器地震资料在加速度域、速度域两种不同域的资料差别较大,前者积分转换虽然提高了低频段响应但频带变窄,不利于提高分辨率,生产中使用原始域数据更为合适.(3)野外实际资料表明,低频速度型检波器在保持常规20DX-10 Hz的勘探效果的基础上提高了低频段的响应,与加速度检波器转域后的低频效果接近,频带比加速度检波器转域后要宽,更加适合超深层地震勘探.     

烈度仪记录与强震及测震记录的对比分析以2015年河北昌黎ML4.5地震为例

以2015年河北昌黎M_L4.5地震中测震、强震及烈度仪台站记录到的事件波形为研究对象,通过对比分析挑选的两组观测台站的记录波形以及不同台站的噪声记录特征,获得了烈度仪台站观测记录能力及特点的认识.结果表明:烈度仪台站产出的记录在部分频段 (1—10 Hz) 与传统强震台站、测震台站均有较好的一致性,但在中长周期部分存在较大差异;在相同观测频带 (0.1—10 Hz) 下,由烈度仪台站记录积分得到的速度时程、位移时程也与强震台站、测震台站的观测结果具有良好的相关性,说明烈度仪台站产出的加速度记录具有一定的可积分性;烈度仪台站记录的噪声水平远超出强震台站和测震台站,基本为仪器自噪声,不包含天然地脉动成分.此外,由于本研究所用的烈度仪采用了16位的A/D转换器,对震相到时的精确拾取产生了不利影响.综上,本文认为烈度仪台站较适用于中强地震的近场观测.      

低频可控震源激发信号特征及高精度动态监测应用

通过实验测试了国产KZ28LF低频可控震源在线性升频、伪随机编码和单频3种激发模式下的信号特征及在地下介质高精度动态监测中的应用效果。结果表明:(1)线性升频和伪随机编码激发模式可稳定激发1.5～12 Hz的低频信号,近场信号互相关系数大于0.95的分别占81%和63%,信号能量在9～12 Hz较强、在1.5～9 Hz较弱,低频外传能量较弱,而单频激发时高次谐波能量较强,信号重复性较差。(2)相干法和反褶积法均能压缩震源子波,恢复介质真实响应,相干法的结果重复性和信噪比最高,反褶积法保幅和保相效果最好。(3)叠加后探测距离可达20 km,波速变化探测精度达10~(-4)。     

Bartington MS2和Kappabridge MFK1-FA不同频率的磁化率在黄土、红粘土和湖相沉积物中的应用

通过Bartington MS2 和Kappabridge MFK1-FA两种仪器对黄土-古土壤、红粘土和湖相沉积物样品进行了5个频率的磁化率测试,并计算得到了4个频率磁化率.通过对比分析不同类型样品磁化率-频率变化曲线可知,当样品中细颗粒磁性矿物含量较高时,磁化率在较低频率即可达到峰值,而当样品中细颗粒磁性矿物含量较低时,磁化率在较高频率时才能达到峰值.因此,在黄土-古土壤等样品的应用中,成壤作用较强,细颗粒亚铁磁性矿物含量较高,Bartington MS2的低频(465 Hz)与Kappabridge MFK1-FA的F₁(976 Hz)和F₂(3905 Hz)频率均处于磁化率峰值区域,可以检测到SP/SD阀值区域颗粒的信息,但是对于红粘土和湖相沉积物等细颗粒亚铁磁性矿物含量较低的样品,磁化率峰值对应的频率较高,MS2型磁化率仪无法有效地检测其中细颗粒的含量,而MFK1-FA中F₂(3905 Hz)和F₃(15616 Hz)两个频率间的频率磁化率则可以较好地完成这一任务.     

地铁及地面交通频率对地表环境振动的影响

地铁周边地面环境振动的大量实际观测数据分析显示,地面振动大小与源频率成分有关.但是实际振动观测受周围环境振动影响较大,为了从理论上解释地铁以及地面交通源频率成分对地表环境振动的影响,本文通过二维有限元数值模拟来研究1~20 Hz激振源分别作用于地面和地下,以及地下与地面同时加载这三种情况下地面的振动加速度响应.通过与地面实际观测资料对比,得出结论:(1)由于地铁或地面交通与地层的耦合振动,使得存在一个特定的频率,当载荷以该频率输入时地面的振动最大,当载荷频率小于或大于该频率的时候,地面振动减小;(2)本文对应的地层模型情况下,随着距离的增加,当源频率低于5 Hz时,地面振动衰减缓慢,当源频率高于8Hz时,地面振动衰减快;(3)在地层不同位置激发振动,地表的最大反应频率不同.     

部分饱和条件下砂岩的速度频散实验室测量和Gassmann流体替换

在地震频带(2～2000hz)和超声频段(1MHz)测量了四块砂岩样品分别饱和水和饱和甘油条件下的弹性模量。我们观察到,不同水饱和度的高渗透率样品和不同甘油饱和度的低渗透率样品,低频(2-2000Hz)范围内的速度频散是非常很小。然而,在高渗透率样品的不同甘油饱和度条件下和低渗透率样品不同水饱和度条件下,相同的频率范围(2～2000Hz),速度频散却非常明显。观测表明,流体的流动性很大程度上控制着孔隙内流体的运动和孔隙之间的压力。高流动性使得孔隙之间或非均匀区间的孔隙压力容易达到平衡,导致岩石处于一个低频控制状态,而满足Gassmann方程条件。相反,即使在地震频率范围,低流动性也会产生孔隙之间的压力梯度,而引起频散。随着流动性的降低,速度频散曲线显示出了一个向低频区间系统性迁移的趋势。同时,我们针对这些具有纵波速度频散背景下的砂岩样品,探讨了Gassmann理论的应用。预测纵波速度的两个边界公式,分别是Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论。观察表明,波致流机制影响着纵波速度在Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论边界之间的转变。随着流动性的降低,低频(2～2000Hz)纵波速度从Gassmann-Wood理论边界向Gassmann-Hill理论边界移动。同时我们也研究了不同频率下的岩石-流体机制。     

光纤布拉格光栅地震检波器的实验研究

光纤布拉格光栅(FBG)是一种新型的传感元件,具有分辨率高、精度高、抗电磁干扰能力强、频带宽等优点.本文以光纤布拉格光栅为敏感元件,设计并制作了一种地震检波器,建立了地震检波器的力学模型,并推导出地震检波器固有频率和灵敏度的理论公式.理论分析了影响地震检波器动态特性的因素,并进行实验对该FBG地震检波器的性能进行研究,实验结果表明:该FBG地震检波器在5～55Hz的振动频率范围内,具有良好的线性响应,而且输出稳定、灵敏度高,适用于地震勘探.     

深圳金融中心大厦的动力特性

利用环境振动测定了深圳金融中心大厦原型结构的自振特性,用选频滤波法确定了结构高阶振动的频率和振型,计算了阻尼比。发现结构振型包含弯曲和剪切两种形变;填充墙在微幅振动时有较大刚度,在脉动状态下,填充墙的刚度对结构动力特性影响十分显著。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1．0、1．5固结比和0．05、0．10、1．00Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70％、28％的密砂和松砂进行了100、200、300kPa围压和100kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0．05Hz变化到1．00Hz时,液化强度相差达25％以上;动强度指标翰值随振动频率的增大而增大,最大相差12．2％;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。