2018年2月6日花莲M_W6.4地震近场地震动方向性效应

利用中国台湾省内222个强震动台站以及Palert地震预警系统520个台站所观测的三分量加速度记录,研究此次花莲M_W6.4地震近场强地震动空间分布和衰减特征,将观测结果与美国NGA-West2地震动经验预测模型进行对比,揭示此次台湾花莲地震近场地震动的长周期特点,基于回归残差分析研究地震动峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和不同周期地震动的空间分布差异,定量考察近场地震动的方向性效应.研究结果表明:(1)整体上此次地震的近场PGV观测值和周期1.0s以上的长周期加速度谱值与美国NGA-West2地震动预测模型结果接近,PGA观测值和周期小于1.0s的加速度反应谱略低于预测模型结果.从空间分布来看,周期1.0s以上的长周期地震动在断层的不同方位有系统性差异,在破裂传播前方(震中西南方位),周期大于1.0s时的反应谱明显高于美国NGA-West2地震动经验预测模型,在破裂传播后方(震中东北方位),周期大于1.0s时的反应谱低于经验预测模型,表明此次地震近场地震动具有显著的方向性效应.(2)破裂传播的方向性效应主要影响周期超过1.0s的长周期,而对PGA以及周期小于1.0s的短周期地震动影响较弱.在破裂传播前方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被增强到整体观测平均水平的1.16～1.52倍;在破裂传播后方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被减弱到整体观测平均水平的0.36～0.70倍.(3)此次地震破裂方向性效应的影响表现出明显的窄带效应,破裂方向性的影响(包括破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用)在周期T=3.0s时达到最大,在该周期破裂传播前方的增强系数为1.52,破裂传播后方的减弱系数为0.36.从周期T=3.0s到10.0s,破裂方向性效应的影响随周期增大总体上呈减弱趋势,这与2016年日本熊本M_W7.0地震破裂方向性效应的影响特点显著不同.     

近断层速度脉冲的地震动特性研究

在搜集了大量近断层具有速度脉冲的记录后,对有速度脉冲和无速度脉冲的记录的反应谱和特征周期进行了对比,将近断层记录的反应谱与我国规范标准反应谱进行了比较, 还将各次地震有速度脉冲记录的反应谱和特征周期与规范标准谱及规范给出的特征周期进行了比较. 通过比较可知,在长周期段（大约在1.5 s以后）,有速度脉冲记录的反应谱值要比无速度脉冲记录的反应谱值大;计算特征周期时,对于近断层记录,T1和T2有后延的趋势, 采用不固定频段的方法计算更加合理; 无论是相对我国规范的Ⅰ类还是Ⅱ类场地, 有速度脉冲记录的特征周期比规范中给出的值都要大,均在规范值的2倍以上.      

汶川地震黄土地区地震动特征分析

汶川地震黄土地区强地震动加速度峰值（PGA）较小,然而震害却较为严重,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取四川、甘肃及宁夏境内的部分强震动记录,探讨传播距离和场地条件对地震动的影响规律,重点研究黄土地区地震动幅值、频谱、持时特征以及对建筑结构的潜在影响,从地震动特征角度分析该地区震害相对较重的原因。结果表明:汶川地震黄土地区地震动速度峰值较大,地震动中频分量和中长周期成分较为突出;黄土地区自振周期为0.3~1s以及3~4s（尤其是此周期内30~40层）的结构物地震反应将显著放大;设计地震分组为第三组的Ⅲ类黄土场地,加速度反应谱拟合曲线在周期1~3.5s谱值明显高于规范设计谱;黄土场地地表地震动拥有更长持时。     

我国现行规范谱的超越概率标准

工程场地的地震安全性评价给出的加速度反应谱在长周期部分一般均低于相应的规范谱。本文用Ⅰ类和Ⅲ类场地的地震动参数衰减规律,讨论加速度反应谱与不同周期规范谱值对应的重现期。结果表明,对加速度而言,基本情况是规范反应谱周期越长越保守。当峰值加速度对应的重现期为475年时,对于本文的工程算例,Ⅰ类和Ⅲ类场地的加速度反应谱分别于3.7s和5.2s以后超过重现期5000年。本文认为,对目前使用的衰减规律的可靠性,对一致概率谱与规范谱的关系,对按保守谱设计的工程在长周期地震波作用下的表现以及对速度、位移等在抗震设计中的作用等问题应作深入研究。     

南北地震带川滇甘陕地区竖向与水平向加速度反应谱比的统计分析

本文收集了从南北地震带川滇甘陕地区263个有详细场地资料的强震台站获得的802组强震动记录,按照场地、震级和震中距等因素统计分析了竖向与水平向加速度反应谱比的形状以及不同场地、震级和震中距下不同周期段内的谱比平均值,并与建筑抗震规范GB50011—2010规定的0.65进行了比较。结果表明:竖向与水平向加速度反应谱比受场地、震级和震中距等因素的影响; Ⅰ类和Ⅱ类场地在全周期段的谱比均值基本上大于0.65;无论何种分组情况谱比均值在0.1—1.0 s周期范围内基本低于定值0.65,周期大于1.0 s的谱比均值基本上远高于0.65。因此对于大部分抗震规范直接把竖向地震作用取为水平向地震作用的0.65倍,有待商榷。本文建议根据水平向反应谱的标定方式来确定现有竖向强震动记录的竖向地震作用。      

用位移反应谱研究长周期设计地震反应谱

利用美国太平洋地震工程研究中心NGA数据库,分析了滤波低频截止周期(Tc)对位移反应谱的影响。选择较小的Tc将严重抑制长周期位移反应谱幅值。本文选用可靠使用周期不小于10 s的强地面运动加速度记录,研究了位移反应谱的长周期特性。结果表明,位移反应谱峰点周期是长周期地震反应谱的关键控制参数,受场地条件和震级的影响相对较小,但与震中距基本呈线性增长关系,而动力放大系数最大值波动范围较小,设计中可视为常数。建议在现行抗震设计规范谱的基础上,在速度控制段与位移控制段之间增加一个过渡段,以体现位移反应谱的有峰特征,并给出了控制参数的建议值。     

熊本MW7.0地震近场地表与井下地震动对比研究

选取日本熊本M_W7.0地震断层距小于200 km的82个近场KiK-net台站记录到的三分量记录数据进行基线校正后,获得近场地面运动水平向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及周期为0.2,1,2,3,5和10 s的加速度反应谱数据,并与美国NGA-West2的地震动预测模型相比较,研究熊本地震地表和井下地震动峰值及反应谱的衰减特征,通过比较KiK-net台站地表与井下记录结果,探讨浅层场地放大效应的影响。研究结果表明:① 对于井下观测结果,NGA-West2的地震动模型对PGA和短周期0.2 s的反应谱的预测值与井下观测值相比整体偏高,而PGV和较长周期地震动（如1,2和3 s的反应谱）的预测值与井下观测值较为吻合;② 地表观测记录的PGA,PGV和周期为0.2—3 s的反应谱残差整体上随v_S30对数值的增大呈线性减小的趋势,而周期为5 s和10 s的长周期部分,其场地效应的影响很小;③ 相对于井下记录,地表记录的地震动PGA,PGV和周期为0.2,1和2 s的反应谱有明显的放大,这种放大作用随浅层场地剪切波速的增大而减小;周期为3,5和10 s时长周期地震动的放大效应很小。      

2012年唐山4.8级地震强震动记录特征及场地相关特性分析

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4.8级地震, 国家强震动台网中心在河北、 天津和北京的94个强震动台站记录到了本次地震的加速度。 本文给出了获取记录的强震动台站分布及强震动记录结果, 统计了强震动记录数量随震中距的变化, 给出了3个较小震中距台站记录到的加速度时程; 绘制了空间地震动峰值加速度等值线图及周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的等值线, 发现峰值加速度等值线与长周期加速度反应谱等值线极值分布具有明显地域差异, 分析认为是由于厚沉积层对长周期地震动具有放大作用造成的。 通过强震动记录与适用于本区的三个衰减关系对比, 分析了此次地震的峰值加速度衰减特征, 同时研究了周期0.2 s、 2.0 s加速度反应谱值的衰减特征, 周期2.0 s反应谱值随震中距的衰减与衰减关系能较好地对应, 然而在震中距100～130 km沉积层较厚的集中地区, 表现出了实际记录较衰减关系值偏大的现象, 认为同样是由于厚沉积层对地震动加速度反应谱长周期的放大作用导致的。 研究了震中距差别不大的情况下, 场地类型与沉积层厚度对反应谱特征周期的影响, 对比基岩台站与软弱地基土层台站的强震动记录反应谱, 发现软弱土层台站的土层对地震动有一定的放大作用, 导致中长周期地震动被放大, 对比位于沉积层较薄的隆起区台站与位于沉积层较厚的凹陷区台站强震动记录反应谱, 发现厚的沉积层不仅对反应谱长周期有放大的作用, 同时也会使得反应谱特征周期值变大。     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

日本熊本M_W 7.0地震的长周期地震动

利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的距离发震断层100 km以内136个强震动台站的三分量加速度记录,研究熊本M_W7.0地震地震动的长周期特性.基于残差分析研究不同周期地震动的空间分布差异,将观测分析结果与美国NGA经验模型、汶川和芦山地震观测结果进行对比,揭示此次熊本地震近场强震动的长周期特点及其形成机理.研究结果表明:(1)虽然总体上此次地震的近场地震动水平与美国NGA-West2经验模型的预测结果接近,但周期2 s以上地震动的分布在断层不同方位有系统性差异,在断层的北东方位,周期2.0～10.0 s的反应谱高于NGA-West2经验模型的预测结果,在西南方位,谱值低于经验预测模型.(2)我们认为此次地震2.0～10.0 s的长周期地震动的空间分布差异主要受破裂方向性的影响,在破裂传播的正前方,周期T=2.0 s,3.0 s,5.0 s,7.5 s和10.0 s的加速度谱被放大到整体观测平均水平的1 4～2.0倍.从周期T=2.0 s到10.0 s,破裂向前方向的放大作用和破裂反方向的减弱作用均有所增强,此次地震观测到的速度大脉冲记录均位于断层的东北方位,这与方向性脉冲的产生机理相吻合,速度大脉冲对加速度反应谱有显著的长周期放大作用,放大倍数值可以超过4.0,放大作用的影响主要位于脉冲的特征周期T_p附近.(3)近断层记录在建筑结构敏感的周期(0.5～2.0 s)的反应谱达到芦山地震的3～6倍,虽然与芦山地震震级接近,此次地震近断层地震动破坏力大大超过了芦山M_W6.8地震,甚至超过了汶川W_W7.9地震,这种长周期特点应该引起工程抗震设计和相关研究人员的重视.     

概率一致反应谱的长周期外延

本文针对现行的抗震规范中设计反应谱应用范围只能到结构自振周期Ｔ≤３秒一现实问题，提出应用长周期地脉动的傅立叶振幅谱比值直接推算概率一地表长周期反应谱的方法。     

2013年4月20日四川芦山地震强地面运动三要素特征分析

2013年4月20日四川省芦山县境内发生M_S7.0级地震,地震造成196人死亡,21人失踪,11470人受伤,震中最大烈度IX.地震发生后,中国数字强震动观测网络和成都市地震烈度速报网络分别获得了114组和63组3分量强震动记录.记录得出在近场加速度幅值较高,与汶川地震峰值相当,然而震害却不严重.本文介绍了这些记录的基本情况,分析了其地震动三要素（幅值、持时、频谱）特征以及对建筑物结构的潜在影响.分析结果表明：芦山地震PGA（地震动峰值加速度）与我国常用的霍俊荣地震动预测方程较一致,高于即将颁布的第五代区划图中使用的预测方程;PGV（地震动峰值速度）与第五代区划图中使用的预测方程基本一致;Significant持时和Bracketed持时高于全球经验预测方程,且Bracketed持时衰减显著慢于全球平均水平;典型11个幅值较大记录的5%阻尼比加速度反应谱峰值周期都在0.1~0.2 s范围内,且谱值远高于规范设计谱,但在周期0.3 s之后迅速下降至设计谱以下;芦山地震地震动PGV值较小以及对应我国中小城市和城镇主要建筑物的结构自振周期范围（0.3~1 s）内加速度反应谱远低于规范设计谱,可用于解释其震害相对较轻的原因.     

设计反应谱长周期区段的研究

本文利用近20年国内外大地震时获得的数字强震仪记录分析强震动的长周期分量特性,给出了不同场地上的平均加速度反应谱及其拟合曲线。结果表明,现行抗震设计规范中设计谱的特征周期和长周期谱值明显偏小。在此基础上提出了长周期设计反应谱的修正建议。文中还根据统计分析提出了不同阻尼比的反应谱修正公式。     

Design spectra including effect of rupture directivity in near-fault region

In order to propose a seismic design spectrum that includes the effect of rupture directivity in the near-fault region, this study investigates the application of equivalent pulses to the parameter attenuation relationships developed for near-fault, forward-directivity motions. Near-fault ground motions are represented by equivalent pulses with different waveforms defined by a small number of parameters （peak acceleration, A, and velocity V; and pulse period, Tv）. Dimensionless ratios between these parameters （e.g., ATv/V, VTv/D） and response spectral shapes and amplitudes are examined for different pulses to gain insight on their dependence on basic pulse waveforms. Ratios of ATv/V, VTv/D, and the ratio of pulse period to the period for peak spectral velocity （Tv-p） are utilized to quantify the difference between rock and soil sites for near-fault forward-directivity ground motions. The ATv/Vratio of recorded near-fault motions is substantially larger for rock sites than that for soil sites, while Tvp/Tv ratios are smaller at rock sites than at soil sites. Furthermore, using simple pulses and available predictive relationships for the pulse parameters, a preliminary model for the design acceleration response spectra for the near-fault region that includes the dependence on magnitude, rupture distance, and local site conditions are developed.     

A study of response spectra for different geological conditions in Gujarat,India

In this study, the effect of ground geology on the acceleration response spectra is studied at 32 sites in Gujarat, India. The sites are grouped into Proterozoic, Mesozoic, Tertiary and Quaternary. The normalized acceleration response spectra at 5% damping of 407 strong ground motions (horizontal and vertical components) recorded at these sites varying in magnitude from 3.0 to 5.7 are determined. The study shows that the shape of the acceleration response spectra is influenced by the regional geology and local site conditions. The peak of maximum horizontal spectral amplification is between 0.03 and 0.05 s in Proterozoic formations, 0.06 and 0.10 s in Mesozoic formations, 0.06 and 0.08 s in Tertiary and 0.12 s in Quaternary formations. The maximum vertical spectral acceleration is at 0.025 s in Proterozoic, 0.07 s in Mesozoic, 0.05 s in Tertiary and 0.10 s in Quaternary formations. The average acceleration amplification factor in all the geological formations is between 2.5 and 3.0 both in horizontal and vertical components. It has been observed that acceleration response spectra at sites having same geological formations are also influenced by local site conditions. The study shows that the acceleration response spectrum in the current Indian code applicable for the entire country underestimates the seismic forces at hard-rock sites and overestimates at soft-soil sites. Using recorded strong motion data with Mw ranging from 3.5 to 5.7, an attenuation relationship is developed at six periods to predict geometric mean of horizontal spectral amplitudes for rock and soil sites. The spectral amplitudes predicted with the attenuation relationship match well with the observed one within statistical limits for hypocentral distances less than 200 km.     

Response spectra for the deep sediment-filled Rhône Valley in the Swiss Alps

We present numerical modeling of earthquake ground motion for various profiles across the Swiss Rhône Valley and characterize the seismic response in terms of spectral acceleration. First, we evaluate the relative amplification of 2D with respect to 1D response. Then, we show how the selected bedrock spectrum influences the response spectra of the valley sites. Particular attention is paid to how the internal sediment structure and the often weakly constrained Q-factor shape the seismic response. Results obtained for the different profiles are compared with reference spectra (Swiss building code and Eurocode 8) and for one profile with recorded data as well. From this comparison, we infer that the surficial layer strongly influences spectral acceleration values between 0.1 and 1 s. The total thickness of sediments significantly affects the seismic response at longer periods around the fundamental period of the studied valley sections between 1.8 and 3.6 s.