近断层速度脉冲与震源机制的关系浅析

本文初步分析了近断层速度脉冲的成因和特点,主要包括方向性效应与滑冲效应,并通过中国台湾集集地震的脉冲记录,分析了断层破裂方向和位移大小等震源参数对脉冲强度的影响。此外,基于有限移动源理论,说明了断层辐射与速度脉冲分布的关系,并探讨了利用运动学震源模型研究近断层地震动对速度脉冲影响的技术路线;评述了7种典型的等效速度脉冲模型,建议进一步研究等效速度脉冲函数与震源机制之间的关系。最后,简述了不同类型的断层引起速度脉冲的差异,并推测了产生脉冲型地震动的下限条件,同时展望该研究在地震预警方面的可能性。     

脉冲型地震动作用下隔震结构动力响应的影响参数研究

通过对隔震结构进行非线性动力响应分析,分别研究地震动参数和支座参数对结构地震响应的影响。首先,建立铅芯橡胶支座基础隔震结构的非线性运动方程;然后,以人工合成脉冲型地震动作为输入,运用MATLAB进行编程并求解结构在脉冲型地震动作用下的地震响应;最后,分别研究速度脉冲周期、支座屈服力、屈服后与屈服前的刚度比对隔震支座最大位移和上部结构层间位移的影响。研究结果表明,脉冲周期对结构地震响应影响很大,在进行隔震设计时应使结构自振周期远离脉冲周期;支座刚度比对结构地震响应影响较大,在进行支座选型时应重点关注;支座屈服力对支座位移的影响显著,屈服力越大,支座位移越小。     

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.      

随机方法模拟地震动的应用研究

对随机方法模拟地震动的实际应用进行了研究。通过实际模拟验证,此方法简单有效,可为结构抗震设计提供验算依据,同时为设计反应谱的拟合提供参照数据,有一定的实用性,但仍存在一定的不足。     

脉冲地震下简支梁桥倒塌过程及响应分析

为了模拟脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌过程,基于LS-DYNA平台建立了简支梁桥的三维有限元模型,并人工合成了不同脉冲幅值和脉冲周期的地震动,研究了脉冲幅值和脉冲周期对简支梁桥倒塌过程和地震响应的影响,总结了地震作用下简支梁桥的灾变过程。研究表明：脉冲幅值对简支梁桥的倒塌模式影响显著,脉冲幅值较小时桥墩发生倒塌,脉冲幅值较大则会导致梁体落梁;脉冲幅值对桥梁位移响应影响较小,对内力响应和碰撞效应影响较大,增大脉冲幅值会加重梁间的碰撞效应,从而消耗大量地震能量;位移响应随脉冲周期的增大而增大,梁间碰撞力则与之相反;桥梁开始出现损伤的时间点与脉冲周期的大小有关,脉冲周期越小,开始出现损伤的时间越靠近地震加速度峰值时刻;脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌表现为三个阶段：分别为正常运行阶段、损伤演变阶段和倒塌阶段。     

震源机制和场地条件在河北地震影响场判定中的应用研究

震后应急工作中地震影响场的判定和快速给出较为合理的地震烈度分布图,是震后应急救援的重要依据,对于政府了解灾情、部署工作以及估算灾害损失都尤为重要,所以本文以此为研究目的,力求震后快速给出准确的地震烈度分布图。本文收集整理了河北地区中强地震的实际等震线图,将其与加入了震源机制解影响参数的烈度衰减关系计算得到的理论等震线图进行对比。结果显示:随着震级的增大,由衰减关系计算得到的等震线图与实际地震等震线图在高烈度区（≥Ⅶ度）相似度更高。另外,根据震后24小时内余震频度的空间变化,对极震区理论等震线修正后,其与实际等震线更加贴合,即理论计算烈度与实际调查烈度值更加接近。最后,对河北地区划分网格,根据地震动衰减关系计算震例对各个网格中心点产生的影响—基岩PGA。提取场地类别属性,考虑场地放大因子,完成基岩PGA到地表PGA的转换。将地表PGA换算成烈度,并与实际地震等震线图进行对比分析。结果表明,考虑了场地放大效应的地震影响场在高烈度区与实际等震线相似度很高,且相似度超过基于震源机制解的烈度衰减关系方法。      

近断层地震动等效速度脉冲研究

近断层地震动对地表结构物造成严重的破坏,它具有明显的方向性和脉冲型特征. 在速度时程中含有大幅值、长周期的脉冲波,对结构响应影响很大. 为简化计算和分析的需要,在既有的等效速度脉冲模型的基础上,建议了较为合理等效速度脉冲模型. 在充分收集脉冲型近断层地震记录的基础上,对等效速度脉冲模型的脉冲周期、脉冲强度及卓越脉冲数等参数进行了研究,并与以往研究者的结果进行比较,以利于近断层区结构的抗震设计.     

经验格林函数方法模拟地震动研究现状

经过30多年的发展,格林已经成为被地震工作者普遍接受的模拟地震动的方法.回顾发展历史,该方法可以分为3个阶段:第1阶段是经验格林函数理论建立阶段;第二阶段是经验格林函数方法逐步得到完善阶段;第三个阶段是经验格林函数方法的广泛应用阶段,该阶段提出了用该方法预测未来地震动的一般步骤,标志着用经验格林函数方法预测未来地震动,为建筑物的抗震设防提供依据已经到了比较成熟阶段.最后,对用经验格林函数方法和随机方法模拟地震动的优势和不足进行了比较.     

矩形和钟形震源时间函数对地震动模拟结果的影响比较

首先介绍了用于地震动数值模拟的国际通用软件COMPSYN程序,并对此进行了二次开发,将其震源时间函数由矩形函数改为钟形函数,通过与全空间的解析解计算结果的对比,验证了修改后程序的正确性。通过对比2种震源时间函数的频谱特点,指出矩形函数的高频成分丰富,不利于地震动的模拟。2种震源时间函数下用COMPSYN程序对同一观测点地震动模拟的结果表明,矩形函数模拟的时程出现＂振铃＂和＂锯齿＂现象,且随截止频率的增加而加重,影响了对模拟地震图的识别,而钟形函数模拟的时程较为平滑,说明采用钟形函数进行地震动数值模拟是比较合理的。     

利用谱元法研究震源参数对于近断层地震动上盘效应的影响

国内外已有诸多学者基于强震记录或数值模拟方法开展了近断层地震动的上盘效应分析,并获得了初步的认识,但上盘效应随震源参数的变化规律仍有待深入探讨。本文使用运动学有限断层震源模型,运用高精度谱元法模拟逆断层破裂模式下近断层区域地震动,对比上、下盘地震动差异进而分析近断层地震动上盘效应。通过改变单一震源参数,研究断层上界埋深、震级大小以及断层倾角对地震动上盘效应的影响规律。研究结果表明：（1）使用运动学有限断层震源的谱元法数值模拟可以较好地反映近断层上盘效应;（2）上盘效应随测点到断层上界在地表投影的水平距离Rx的增加先增大后减小,最终趋于稳定。（3）上盘效应随断层上界埋深的增加先增大后减小,且随着断层上界埋深的增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展。（4）上盘效应受矩震级影响较小,但总体随矩震级的增大而增大;上盘效应峰值区到断层破裂迹线的距离不随矩震级的变化而变化。（5）随着断层倾角的增加,上盘效应先增大后减小,当断层倾角为45°时上盘效应最为明显;随着断层倾角增加,上盘效应峰值区会向远离断层破裂迹线的方向扩展;当断层倾角为90°时不存在上盘效应。     

震源参数对强地面震动模拟结果的影响

基于运动学震源模型,进行了不同震源参数情形下强地面震动数值模拟.结果表明,不同的破裂过程会产生差别甚大的强地面运动分布,一次确定性震源参数的模拟结果不能作为活动断层地震危害性评价的指标,只有通过大量三维地震动场模拟计算,给出地面震动评估的统计结果,才是比较合理的发展方向.由于一次三维地震动场计算耗时很大,因此解决问题的关键是如何考虑合理的震源参数.     

基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,并将此次地震中获取到的速度脉冲周期和幅值参数与Chi-Chi 地震和Northridge地震进行了比较,统计分析地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.研究表明:(1)汶川地震近断层速度脉冲具有周期长、幅值小的特点.速度脉冲周期主要分布在6~14 s之间,其中51MZQ台沿平行断层的分量脉冲周期最大为14.2 s,速度脉冲幅值与Chi-Chi 地震和Northridge地震相比明显偏小.(2) 速度脉冲记录出现在沿着地震断层破裂传播的方向上,且与地表断裂的距离都在30 km以内,这些长周期速度脉冲的形成可能主要由破裂传播的向前方向性效应引起.(3)速度脉冲的周期随矩震级呈对数线性增大,且随断层距增大有减小趋势.在矩震级小于M_w7.5时,观测到的地震动脉冲幅值为50~150 cm/s之间,与100 cm/s的典型断层滑动速率非常接近;而震级大于M_w7.5时,断层距10km范围内脉冲的幅值已经超过100 cm/s,个别记录的脉冲幅值甚至达到200 cm/s,远超过前人给出的饱和值,这可能与大的永久形变或该处土层介质条件有关.     

一种改进的近断层脉冲型地震动模拟方法

本文基于小波包技术的随机地震动模拟方法,提出一种改进的参数化随机近断层脉冲型地震动模拟方法。然后,通过识别和提取近断层脉冲型地震动数据库中脉冲型地震动的特征参数,建立了基于震源、传播路径和场地特征等参数的脉冲模型参数预测方程。最后,通过模拟实际记录和误差分析检验了改进的模拟方法的有效性。结果表明:应用改进的模拟方法得到的地震动时程无论在波形、频率特性还是峰值上均与实际记录具有较好的一致性。改进的模拟方法在保留地震动时频非平稳性的基础上,能够有效地提高近断层脉冲型地震动的模拟效果,并且能够很好地体现脉冲型地震动的主要特征。     

汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,同时将汶川地震的速度脉冲与集集地震和Northridge地震进行对比,利用NGA数据库24次地震事件中的3 615条记录,选取出典型的脉冲型记录作为统计分析的基础数据,研究地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.     

NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动各分量的适用性

鉴于传统的地震动预测模型未考虑速度脉冲的影响,可能会低估近断层区域的地震风险,而新一代NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动的适用性有待研究。首先,收集了2013年以来的近断层地震动记录,在充分考虑脉冲方向的不确定性条件下,基于小波方法定量地识别出速度脉冲记录,形成了最新的速度脉冲记录数据库;然后,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,基于偏差参数分析方法,定量地研究NGA-West2地震动预测模型分别对速度脉冲原始记录和提取长周期脉冲后的残余记录的适用性。研究结果显示,NGA-West2中的四个地震动预测模型均会低估近断层速度脉冲记录,特别是在脉冲周期附近的周期段内速度脉冲观测值远远大于这四个预测模型的预测值,但残余记录观测值与NGA-West2中四个地震动预测模型的预测值较吻合。值得注意的是,CB2014地震动预测模型能更好地预测残余记录。     

伽师强震群地震动特点与震源机制关系的研究

1997年1至4月，新疆维吾尔自治区伽师县境内发生了7次6级以上强震群。在此期间布设了由4个临时台站组成的地面加速度观测台网，共得到6级以上强震记录57条。本文给出这次强震群的烈度分布图和震源机制，研究了这批强震记录的相关谱特性及其与震源机制的关系。此外，还研究了这些地震的地震动与宏观烈度的对应关系以及地震动随震中距的衰减曲线。     

潜在震源区划分对地震安全性评价的影响

本文通过对潜在震源的不同划分，探讨了潜在震源对地震动加速度反应谱的影响，说明了在进行地震安全性评价时，根据不同构筑物的特性，在划分潜在震源时应有所侧重。     

单侧破裂震源对地震动空间相关性影响的远场分析

将震源简化为有一定破裂长度的线状断层,定量研究了单侧破裂震源对地震动空间相关性的影响．依据波谱随空间坐标的展开式,得到了描述地震动场相关性的表达式．在远场假定下,给出了理论解析公式,并依据地震动Fourier谱随空间坐标的展开条件,得到了计算地震动场孔径的理论公式．最后,以一次地震为例,给出了孔径随震中距、方位角、频率变化的三维图象．     

一种有效的地震动速度时程时域特性分析方法

在分析特殊型地震动如近场脉冲型地震动或远场类谐和地震动时,研究和设计人员更关注于地震动的时域特性.鉴于目前尚不具有一种成熟的用于分析地震动时域特性的方法,在研究中通常采用肉眼辨别地震动.但在肉眼辨别的过程中并没有定量的指标描述地震动的特性,因此这种方法容易引入人为的主观性误差.地震动的时域特性主要指地震动的振动周期和强度随时间的变化情况.如有一种定量描述这种变化的方法便能消除肉眼辨别中引入的主观性误差.为解决该问题,本文提出了一种简便、有效的分析地震动速度时程时域特性的速度零点法ZVPM(Zero Velocity Point Method).采用这种方法可以定量地分析地震动速度时程的振动周期和强弱程度随时间的变化情况,并可以通过定义的幅值参数、周期参数和相位参数获取等效的地震动速度时程.鉴于脉冲型地震动对结构具有特殊的破坏作用,本文采用速度零点法分析了24条典型的强脉冲型地震动,并基于速度零点法提出了一种简便的脉冲周期计算方法.为便于工程设计人员快速地获取本文所选脉冲型地震动的等效速度脉冲,文中给出了每一条地震动等效速度脉冲的数学表达式.     

用改进的相对幅值法反演震源机制及其在核爆炸地震事件识别中的应用

与波形反演方法相比,相对幅值法在利用短周期地震波反演震源机制时不需要高分辨率的地球模型,因此更适合于低震级地震事件的震源机制反演．本文以Pearce的传统相对幅值法为基础,引入一种新目标函数以量化特定震源机制解模型的直达P波与地表反射pP和sP波的理论相对幅值与实际观测之间的不吻合程度,由此提高了相对幅值法的容错能力．利用改进的相对幅值法,反演了吉尔吉斯斯坦伊赛克湖地区震级分别为mb4.9和mb3.8的两次天然地震震源断层面解．对于较大的地震,利用5个远震台阵上观测的pP/P和sP/P相对幅值得到的震源断层面解,与哈佛大学的CMT断层面解非常接近;对于哈佛大学没有给出CMT解的较小地震,利用同样方法得到的震源断层面解的走向与震中位置处主要断层的走向一致,而且利用该断层面解可以拟合和解释区域台站上的长周期波形和P波初动方向．最后,为了说明相对幅值法在地下核爆炸地震事件识别中的应用,利用改进的相对幅值法分析了朝鲜2006年10月9日核试验的远震P波波形,发现没有断层面解与远震台站上的P波波形特征相吻合．