某正倾滑断层引起的近断层强地面运动的有限元数值模拟

本文使用与文献[1]相同的数值模拟方法,预测了某城市设定矩震级为MW=6.75的活断层产生的近断层强地面运动。主要定性计算结果是:正倾滑断层(倾角δ=75°)产生的近断层强地面运动也不同程度地存在上盘效应、F ling Step效应、速度大脉冲效应和竖向效应。表明本文采用的震源模型和计算方法可以实际应用于预测城市近断层强地面运动影响场。     

中国强地面运动研究进展

简要总结了近年来我国在强地面运动资料的处理、近断层地面运动的影响因素、强地面运动的模拟和宽频带反应谱等方面的研究工作．同时，回顾与展望了我国在强地面运动研究方面的国际合作进展．      

断层破裂方式对银川盆地强地面运动的影响

银川盆地是受断层控制的断陷性盆地,边缘和内部发育了多条断裂带,特别是其内部晚更新世-全新世活动的银川隐伏断层可能对银川市的建设规划和抗震设防影响较大.为了研究银川隐伏断层活动对银川盆地强地面运动特征的影响,本文以银川隐伏活动断层作为目标断层,模拟了断层发生Mw6.5特征地震时,在单侧破裂和双侧破裂两种方式下,银川盆地的强地面运动分布特征.分析结果表明在两种破裂方式下,盆地内强地面运动表现出不同形态的地震条带状分布特征和上盘效应;同时受到银川盆地边缘断裂"西陡东缓"构造特征的影响,地表强地震动分布和断层附近观测点的时程也呈现出独特的盆地边界反射作用.在单侧破裂和双侧破裂两种模式下,近场强地面运动集中区总体上呈现北强南弱的现象,银川市及附近的芦花台等地区是强地面运动分布的主要区域.     

1999年台湾集集大地震强地面运动的模拟

利用有限断层模型对1999年台湾集集大地震所产生的近场强地面运动进行了数值模拟,尝试了将具有明确物理意义的震源动力模型的研究结果应用于描述震源过程。计算结果显示,基岩台或接近工程基岩台的计算模拟记录同观测记录符合得很好。进一步研究表明,当综合考虑场地效应对地震动影响时,模拟计算结果得到了明显的改善,同实际观测记录更为相符。本文的研究结果说明,为了科学合理地预测大地震所产生的强地面运动,应综合考虑影响地震所产生的地面运动的"三要素",即:震源过程、传播路径及场地效应。     

1975年海城MS7.3地震强地面运动模拟

地震强地面运动预测对工程的抗震设计,地震危害性分析以及减轻特定地区可能发生的大地震所造成的灾害具有重要的作用.本文根据辽宁省海城地区的地质资料和发生于1975年2月4日辽宁省海城市的M_S7.3地震资料,分别构造了海城地区的地下速度结构和海城地震的震源模型,并且使用可以准确描述地形起伏的曲线网格有限差分方法计算了海城地震的波场传播过程.通过对计算得到的波场快照、合成理论地震图以及地震烈度的分析表明：（1）震源模型、地下的速度结构和地形起伏对海城地震的波场传播模拟具有重要的影响,它们所产生的近断层效应、方向性效应和盆地效应明显;（2）通过计算得到的海城地震的理论烈度分布与通过震后调查得到的烈度分布大体符合,验证了本文所构造的震源模型和速度结构的合理性.     

近断层基岩强地面运动影响场的显式有限元数值模拟

基于一个假设的活断层和设定地震以及与之相应的计算模型,采用显式有限元方法结合改进的透射人工边界以及含有高频振动的震源时间函数,预测了该断层在设定地震为矩震级MW=6 3/4时的近断层基岩强地面运动. 预测结果表明,改进的透射人工边界具有良好的数值稳定性;预测基岩强地面运动的特征与近断层基岩强地面运动特征的现有认识水平有较好的一致性.      

根据动力学模式进行的三维近场强地面运动的模拟

使用三维有限差分法模拟了由浅走滑断层破裂过程产生的强地面运动。此破裂过程是用一种具有固定破裂速度的裂纹模式来模拟的。还研究了与断层位置和震源参数（像应力降或破裂速度）相关的峰值地动速度图象的变化。我们的发现表明，这些图象受到破裂方向和断层或凹凸体最上部所在深度的强烈影响。当断层突破地下时，平行于断层的高峰值地动速度分量所在的区域距断层迹线有一段与断层深度相当的距离。另一方面，垂直于断层的峰值地动速度则是沿断层迹线最大。断层长度（或凹凸体长度）对峰值地动速度并无太大影响。对有关应力降和破裂速度的非均匀性对强地面运动的影响也作了研究。当应力降不均匀且在最浅的深度处从震开始线性增加时，峰值地运速度减小。这些结果有助于更好地预测由有潜在的危险断层所产生的强地面运动。     

地震危险性概率分析方法:存在的问题和纠正

地震危险性概率分析(PSHA)是目前最广泛应用于地震灾害与风险性评估的方法。然而它在计算中却存在着一个错误:把强地面运动衰减关系(一个函数)的条件超越概率等同于强地面运动误差(一个变量)的超越概率。这个错误导致了运用强地面运动误差(空间分布特征)去外推强地面运动的发生(时间分布特征)或称之为遍历性假设,同时也造成了对PSHA理解和应用上的困难。本文推导出新的灾害计算方法(称之为KY-PSHA)来纠正这种错误。     

有限断层地震波辐射能估算及其在合成强地面运动中的应用

对有限断层地震波能量辐射的估算通常采用断层面上子源能量的逐点求和方法。基于Brune圆盘模型,Anderson推导出有限断层地震波能量辐射S波的求解公式,即 ,其中 为断层面上地震矩, 为剪切模量, 和 分别为动态应力降和静态应力降,并指出在复合震源模型强地面运动预测应用中 以满足能量守恒。Rivera和Kanamori则从能量辐射表象定理出发,给出了有限断层中辐射能量的积分表达式,明确地指出了逐点求和所存在的问题。依据该积分表达式,本文推导出了复合源模型中新的辐射能完整的求解方法,指出Anderson方法实为断层面上点源辐射能量的简单叠加求和,后者则充分考虑了断层面上任一点在任一时刻能量传播过程中受到的断层面上所有位移破裂路径的交互影响。以1976年唐山7.6地震为例,应用上述方法分别计算了有限断层模型的辐射能量及近场强地面运动,如质点运动加速度,速度。结果表明如果模型参数满足 时,由本文给出的求解方法计算所得到的地震波辐射能已远远超出实际的辐射能量值,直接导致了对近场强地面运动参数如质点速度、加速度等的过高估算。因此,Zeng等和Anderson工作的局限性是非常明显的:地震矩守恒以及非物理的 无法准确地预测近场地面运动。未来工作中,对于有限断层模型的建立,在地震矩守恒这一约束条件的基础上,远场和近场能量解（或视应力）将可作为另一个重要的约束条件,为强地面运动的模拟提供一个更为恰当的求解方案。      

复合地震源模拟强地面运动-以1679年三河-平谷Memssub8.0地震为例

利用复合震源模型和人工合成地震图的算法， 以1679年三河——平谷Ms8.0地震为例，计算了北京地区的宽频带强地面运动. 其结果可为今后该地区的地震危险性评估和工程抗震提供一定的物理参数. 通过考察该地区的地质与地球物理区域背景， 利用计算机数值模拟的方法, 对北纬39.3deg;~41.1deg;东经115.35deg;~117.55deg;所围限的北京范围进行了设定地震的仿真模拟，并合成了强地面运动. 通过分析影响强地面运动的几个关键因素，给出了北京地区强地面运动峰值加速度和速度分布特征，比较了合成强地面运动记录与通过衰减关系计算所得的结果. 同时，还对复合震源模型的优点和局限性给出了充分的讨论. 利用数值模拟方法所得的较为真实的强地面运动参数，即加速度、速度、位移和时程特征，可为北京地区工程建设的抗震设计、救援设施的选址、以及金融及保险部门的风险性评估提供一定的依据.      

Kinematic source model for simulation of near-fault ground motion field using explicit finite element method

1 Introduction The prediction of broadband near-fault ground motion is an important aspect of seismic risk analysis, and is essential for the evaluation of urban seismic safety. Many methodologies are used to model the near-fault ground motions, such as the Green function method, ?nite element (FE) / ?nite difference (FD) method and a hybrid method (Aagaard, 1999; Oprsal and Zahradnik, 2002; Oprsal et al., 2003 a and b). In the hybrid method, the FE / FD method is used to model the low fr…     

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。     

Spatial distribution of near-fault ground motion

Introduction In order to explain severe damage of structures and ground surface near earthquake fault, many theoretical and numerical methods have been developed to study strong ground motion near the fault (Somerville, 1998) via the kinematic and dynamic source models. Moreover, a great number of valuable strong ground motion records, especially near the fault, have been acquired in recent years. These valuable records provide useful data for improving simulation approaches. Based on those r…     

汶川地震强地面运动模拟

基于确定性震源模型的方法主要用于计算低频(11 Hz)地震动常用经验格林函数法或随机方法,对低频地震动模拟不够准确．本文在确定性震源模型方法基础上,尝试采用分解给定的震源模型的方法来模拟宽频带(0.1——10 Hz)强地面运动,即采用分级离散断层面和分解断层面破裂单元上升时间的方法,增加震源时间函数中的高频信号,从而避免了对地震记录丰富程度和准确性的依赖．文中模拟计算了汶川MS8.0地震在8个地震观测台的地震动,将模拟结果和观测记录进行了加速度时程曲线和傅里叶振幅谱的对比分析．对比结果显示,模拟估计的地震动峰值加速度和持续时间与观测记录的数据基本在plusmn;50%的精度范围内相同,傅里叶振幅谱显示模拟结果有得到10 Hz左右的高频成分. 四川盆地中的台站模拟结果高频衰减比观测记录要快,原因是模拟过程没有考虑场地效应.对强地震动模拟还是要综合考虑震源、传播路径和场地的影响．研究结果表明,此改变震源输入的确定性方法可应用于模拟近断层宽频强地面运动．      

相交早第四纪断裂近断层地震动场预测——以枣庄市新城区为例

近断层地震动场的预测不仅可以为抗震结构设计提供更加丰富的地震动输入,也可以作为土地合理规划的参考依据。在一些地震活动相对较弱的地区,地震往往发生在两个早第四纪断裂相交的位置处。因此对于这种相交早第四纪断裂区的近断层地震动场预测具有实际的意义。本文以枣庄市新城区为例,预测了在设定地震发生时,相交早第四纪断裂近断层地震动场的分布情况。先分别计算了近断层区低频和高频的地震动,然后将低频和高频成分合成宽频带的地震动场。在计算低频地震动场时,建立了枣庄市新城区地下三维传播介质模型和震源模型。计算的过程是模拟震源发生破裂产生地震波后,地震波在地下介质中的传播过程。使用了三维显式有限元、快速拉格朗日有限元法等数值计算方法以及并行计算技术来提高计算的速度。由于地震动的频率成分是连续的,因此对于高频地震动使用了随机震动理论来进行合成。本文研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

近断层地震动的基本特征

本文对近断层地震动的基本特征作了详细分析,这些基本特征主要包括近断层强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲和上盘效应。这些特征虽然在一次地震中不一定同时出现,但它们是已经被强震观测资料和数值模拟证实了的,在模拟和预测近断层地震动时,必须充分考虑这些特点,合理的近断层地震动模拟或预测模型和方法应当在结果中再现这些特点。     

Effects of near-fault and far-fault ground motions on nonlinear dynamic response and seismic damage of concrete gravity dams

As the forward directivity and fling effect characteristics of the near-fault ground motions, seismic response of structures in the near field of a rupturing fault can be significantly different from those observed in the far field. The unique characteristics of the near-fault ground motions can cause considerable damage during an earthquake. This paper presents results of a study aimed at evaluating the near-fault and far-fault ground motion effects on nonlinear dynamic response and seismic damage of concrete gravity dams including dam-reservoir-foundation interaction. For this purpose, 10 as-recorded earthquake records which display ground motions with an apparent velocity pulse are selected to represent the near-fault ground motion characteristics. The earthquake ground motions recorded at the same site from other events that the epicenter far away from the site are employed as the far-fault ground motions. The Koyna gravity dam, which is selected as a numerical application, is subjected to a set of as-recorded near-fault and far-fault strong ground motion records. The Concrete Damaged Plasticity (CDP) model including the strain hardening or softening behavior is employed in nonlinear analysis. Nonlinear dynamic response and seismic damage analyses of the selected concrete dam subjected to both near-fault and far-fault ground motions are performed. Both local and global damage indices are established as the response parameters. The results obtained from the analyses of the dam subjected to each fault effect are compared with each other. It is seen from the analysis results that the near-fault ground motions, which have significant influence on the dynamic response of dam–reservoir–foundation systems, have the potential to cause more severe damage to the dam body than far-fault ground motions.     

特殊长周期地震动的参数特征研究

近断层脉冲型地震动和远场软土层场地类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,当前的规范均很少对这两类地震作用进行具体的规定。研究了近断层脉冲型和远场类谐和地震动的幅值、幅值比（V／A,D／V）、傅里叶幅值谱和反应谱的差别,分析了相位角和作用循环周期数对简单脉冲的影响,并用于解释两类特殊地震动的工程特征。以集集地震动为数据基础,分析了两类长周期地震动的傅里叶谱和反应谱特征;将平均加速度和位移规准反应谱分别与规范设计谱进行了比较。建议设计谱在长周期段考虑近断层作用和软土场地面波效应的影响。     

复杂场地条件下震源参数对断层附近长周期地震动的影响

基于显式有限元方法和运动学震源模型并利用昆明盆地三维地下构造模型,本文研究了震源参数对断层附近长周期地震动的影响.结果表明,断层的破裂方式、埋藏深度、破裂速度以及断层面上位错的不均匀分布对断层附近长周期地震动有重要影响.不同破裂方式下,破裂的方向性强的区域分布不同,由于破裂的方向性效应和复杂场地条件的共同作用,导致不同破裂方式的断层附近地震动分布差别很大.随着破裂速度的增加,方向性效应更加明显,断层附近的长周期地震动也随之增大;对于浅源地震,随着断层埋深的增加,地震动明显下降.对于埋藏深度很浅的断层,当Asperity靠近断层上沿时,会显著增大其在地表投影附近的长周期地震动.能否合理地估计这些基本震源参数,是预测未来发震断层周围地震动场的关键.