随机有限断层法合成地震动的研究与应用

目前很多研究者采用随机有限断层模型预测地震动并被证明是可行的.本文运用随机有限断层地震动叠加合成方法,模拟了1988年肃南5.7级地震,与实际记录进行对比分析,发现：用有限断层方法模拟得到的峰值加速度以及峰值加速度出现所对应的特征时刻与真实记录较为吻合;比较模拟的地震动反应谱和实际记录的加速度反应谱,总体上在工程感兴趣的频段内,有限断层方法拟合的结果基本能满足实际工作的需要.为进一步开拓该方法在工程应用中的前景,以兰州市柴家峡水电站为例,将此理论方法应用于缺乏强震记录地区的近场地震动估计中,模拟分析了马衔山北缘活动断裂发震时在坝址区产生的地震动特征,其近场合成结果与1125年兰州7.0级地震的烈度分布符合较好,可供工程抗震设计参考使用.     

利用混合法合成成都断层宽频地震动

首先,依据成都活断层探测的深、浅层地震勘探资料、钻井资料、地形资料,建立成都地区地下三维介质模型,并基于活断层确定的双石-大川断裂发生7.6级潜在地震的地震活动性探测结果,设定断层破裂震源模型,采用随机有限断层方法模拟短周期地震动、谱元法模拟长周期地震动,利用混合法通过频域合成技术获得了研究区域的宽频地震动。最后,讨论了合成结果的PGA、PGV、PGD以及0.3s和1.0s反应谱的分布特征,依据分布结果对成都市区进行了本次设定地震的地震动讨论。     

近断层强地震动场预测

以1997年4月11日新疆伽师地震（Mw6.1）为例,详细介绍了近断层强地震动场的预测方法.首先,用有限断层震源建模方法建立了该次地震的震源模型;然后,基于动力学拐角频率的地震动随机模拟方法,模拟了该次地震仅有主震加速度记录、且位于巨厚土层上的三个台站的加速度时程,并用实际地震记录进行了验证.在此基础上,基于预测的近断层77个节点的加速度时程的峰值绘制了该次地震的加速度场.结果表明,上述方法模拟的加速度时程在0.5 Hz以上的高频段是可行的、实用的;预测的近断层加速度场具有非常明显的上盘效应.地表最大加速度的范围与断层面上最大凹凸体位置相对应,说明与断层面上凹凸体相对应的地面上的建（构）筑物将会遭受到较为严重的震害.     

近断层强地震动预测的一些基本问题讨论

近断层地震动的预测是当前地震工程中的一个关键科学问题。对预测中涉及的震源和三维地下结构建模、格林函数的计算和预测方法等基本问题做了探讨。分析了震源模型中全局和局部震源参数,给出一套震源建模方案;通过各种格林函数的对比分析,指出宽频带格林函数法是当前近断层地震动预测中最合适的方法。对近断层场地非线性分析的一些问题也进行了讨论。     

跨断层工程输入地震动模拟及其应用研究进展

跨越活动断层的桥梁和隧道等工程结构面临巨大的地震风险,断层破裂产生的脉冲效应和永久位移是造成跨断层结构破坏的主要原因。研究跨断层工程的地震响应并采取相应的抗震设防措施显得十分重要,而合理的地震动输入是揭示跨断层结构地震破坏机理的基础。但目前缺乏跨越断层两侧的实际地震动记录,各类规范也没有提供合理的面向跨断层工程的输入地震动的模拟方法。为了分析跨断层工程输入地震动的研究现状,文中总结了相关研究提出的断层区域地震动的几种模拟方法,重点对基于脉冲函数和基于断层物理机制的方法进行详细介绍,分析其特点和存在的问题;综述了在上述方法模拟的断层地震动激励下跨断层梁式桥、缆索承重桥梁的地震响应特征。结果表明：断层地震动非常复杂,模拟方法不仅需要考虑脉冲效应、上下盘效应以及永久位移特征,而且应合理地考虑断层两侧地震动的空间相关性和相干性,才能为跨断层工程提供合理的输入地震动。     

基岩地震动的一个相干函数模型--倾滑断层情形

本文研究了基岩随机地震动的空间变化规律，考虑了震源破裂速度、子源个数、震源深度和介质传播速度等因素的影响。对应于每个样本，用数值模拟方法计算了采用震源位错模型的弹性半空间近场地震动场，最后通过统计方法给出了一个倾滑断层情形下的近场基岩地震动的相干函数模型。这一方法可以补充常用的统计方法因观测资料有限而导致的欠缺。     

新型随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时，要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。     

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。     

近场强地震动合成方法研究及地震动模拟

本文通过对近场强地震动合成方法的研究,采用随机有限断层法合成了沈阳地区近场强地震动,将得到的断层附近加速度时程结果与已有的采用混合有限元法计算结果进行对比。认为这一合成地震动的方法在重大工程选址以及缺乏强震记录地区开展抗震设防工作具有重要意义。     

断层阶跃对地震动的影响

利用三维动态模型研究了断层阶跃对近源地震动的影响。使用有限元法模拟了两个平行走滑断层的破裂、滑动和地震动,这两个断层间有宽度不同的不相连的重叠阶跃。我们将该系统模拟为拉张和压缩的两种阶跃,并将所得结果与单个平面断层的结果进行了比较。我们发现,总的来说,与长平面断层相比,沿断层迹线出现的阶跃降低了最大地震动。是压缩阶跃还是拉张阶跃显示出更高的地震动,整体上取决于两个断层段间距的宽度。当断层嵌于均匀材料中时,就有第一断层段的末端地震动降低的区域。我们还对导致超剪切和亚剪切破裂速度的应力场以及这些情况内的不同应力降进行了实验。我们发现,虽然发生任意震动的地区整体上在超剪切和亚剪切破裂这两种情况之间并没有很大差异,但亚剪切破裂产生了比超剪切破裂更强的震动,而超剪切破裂产生最大值的区域比亚剪切区域大。最后,我们对沿断层及其附近的实际材料,如拉张阶跃中的沉积盆地、断层附近的破坏区和整个模型区域基岩顶部的软岩层,进行了实验。这些构造改变了均匀情况下地震动的模式;地震动峰值在双材料情况下取决于研究材料。本文研究结果或许对几何形状复杂的断层上未来地震的地震动预测有意义。     

地震动模拟过程中断层参数的敏感性分析

地震发生后通常无法快速获取较准确的断层参数,这可能会对采用地震动模拟方法进行地震动强度快速评估产生影响。选取美国西部两次地震,采用两种地震动模拟方法,通过改变断层走向、滑移角、倾角和震源深度等主要断层参数进行模拟计算,分析不同参数对地震动参数和反应谱值的影响以及不同方法计算结果的准确性。结果表明:GP方法模拟的结果比EXSIM方法更接近观测值;在参数误差范围内,相比于模拟方法本身的误差,各参数对模拟结果的影响较小,地震动强度快速评估时可以利用较合理的快速反演断层参数进行地震动模拟。     

设计用随机地震动的模型及其参数确定

本文假定基岩地震动为“马尔柯夫”有色谱,通过地表覆盖土层的滤波,修正了金井清的随机地震动模型。文中从工程抗震设计的应用角度出发,利用随机极值理论和强震记录统计分析的结果,确定了随机地震动模型的参数(平稳持时、谱强度因子和非平稳强度函数)与地震烈度和场地类别的定量关系以及直接与震级、震中距和场地类别的定量关系。本文提出的随机地震动修正模型和确定的模型参数直接为工程结构的随机地震反应分析和动力可靠性设计提供了初步可用的随机地震动荷载设计标准。     

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.      

基于随机地震动模型的结构随机地震反应谱及其应用

本文考虑给定地震烈度下地震地面运动的随机过程性，得强震记录统计确定的地震持时和我国地震规范采用的地震地面最大加速度平均值，确定了平稳过滤有色噪声地震动模型的参数；通过大量计算和回归分析，得到了单质点振子均方地震位移的实用计算公式，提出了随机地震反应谱，等效随机地震静荷载及结构地震随机反应和可靠性分析的实用方法，把结构在随机地震动作用下的动力可靠性分析转化成了结构在等效随机地震静荷载作用下的静力可靠     

用人工地震波研究三峡地区地面地震动衰减特征

利用长江三峡工程坝区及外围深部构造的人工地震波记录资料,进行了相对速度幅值、速度反应谱和加速度反应谱衰减特征分析,同时利用历史地震资料经转换命同的地震动衰减规律进行对比,反映出由人工地震记录地震动参数衰减特征与由历史资料转换确定的地震动衰减特征是有差异的,在不同地质条件的局部地区,这一差异更为明显,这些结果中为缺乏强震记录的地区的地震动估计提供参考。     

断层下方地壳分层结构对地震动模拟结果的影响研究

考虑震源破裂过程的三维地震动数值模拟一般需将震源包含在计算区域中,这样的计算模型区域大,计算量大,尤其是对于断层埋深较大的情况。本文对破裂断层下地壳分层结构引起的反射波的影响进行了分析,分别对改变断层下方介质的密度和波速两个参数的模拟结果进行了对比,结果表明:断层下方地壳分层结构引起的反射波对地表观察点地震动时程的影响很小,可以忽略。因此进行三维地震动数值模拟可以不考虑断层下介质的影响,从而可以大大减小计算区域,提高计算效率。     

随机地震动模拟的时间序列法及其工程应用

系统研究了AR和ARMA时间序列方法生成给定加速度功率谱人工地震波的新方法，根据相应理论编制了程序，并生成了人工地震加速时程曲线，然后用生成的人工地震波进行结构动力时程分析，与实际地震波分析的结果进行了对比，计算结果表明，本文用于合成人工地震波的方法是可行的，生成的人工波可以用于实际结构的地震反应分析。     

唐山主震近场地震动的模拟

本文建立了非均匀的唐山主震断层模型，利用广义反射－透射系数矩阵和离散波数方法，考虑部场地效应，给出了唐山，迁安，宁河，玉田，天津，北京等地地震动态时间过程值模拟结果。文章通过比较分析并结合唐山地震震害特点论述了数值模拟结果的合理性。     

区域介质品质因子对地震动参数衰减的影响

本文考虑介质环境表观品质因子,根据美国西部强地震动记录确定了地震动衰减模型中的参数,在不考虑震源机制细节差异的条件下,分析比较了八个地区由于表观品质因子Ｑ值不同导致的地震动加速度傅里叶幅值谱和均方根强度衰减关系的差异。