震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响.结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小.     

基于汶川地震远场强震动记录的厚覆盖土层对长周期地震动影响分析

利用2008年5月12日汶川8．0级地震的远场强震动记录,研究太原盆地厚覆盖土层对长周期地震动的影响,并将其结果与地震安全性评价工作中的土层反应分析结果进行比较。结果表明：厚覆盖土层对长周期地震动有很强的放大作用,覆盖层厚度越厚,峰值出现的周期越大,而相对于基岩最大放大可达9倍左右。另外,对于厚覆盖层的场地,观测结果与场地地震安全性评价计算结果在一定的长周期范围内差别相当大,相对于基岩,观测结果的放大系数至少高于场地地震安全性评价计算结果的2倍以上,最大达到近9倍。     

Rupture Directivity During the September 7, 1999 (<Emphasis Type="Italic">M</Emphasis><Subscript><Emphasis Type="Italic">w</Emphasis></Subscript> 5.9) Athens (Greece) Earthquake Inferred from Forward Modeling of Strong Ground Motion

The empirical Green's functions technique is applied to simulate strong ground motion records from the September 7, 1999, Athens earthquake. Information on the fault parameters from previous independent studies has been used and several scenarios were examined, in regard to the location of the starting point of the rupture, by comparing the synthetic records with the corresponding observed ones, through a residual function and a correlation function. The results show that the rupture started at the deepest, 4–5 km, part of the fault from its western edge. This hypocenter was then used, in combination with the initial fault model, to stochastically simulate the strong ground motion during the Athens main shock, in terms of peak-ground acceleration at hard rock. The results show that directivity might have significantly contributed to the destructiveness of this earthquake at specific parts of the Athens Metropolitan area.     

隐伏和出露地表断层近断层地表运动特征的研究进展

本文介绍了在强震地震学研究方面国内外目前所关注的重要问题：隐伏断层和出露地表断层在地震发生时近断层地表运动特征存在着明显的差异。根据近几十年全球发生的中强地震的地表运动参数的统计分析所得的结果表明,由隐伏断层所造成的近断层地表运动强度（速度、加速度）大于出露地表断层所产生的地表运动强度,虽然发生在出露地表断层的地震往往可造成较大的近断层地表位移,但是当地震矩震级（MW）达到 7.5 级以上的时候,近断层地表加速度和速度在近源区却出现了饱和现象。对该问题的深入研究有着十分重要的科学意义和工程应用价值。本文着重介绍了当前国际上对该问题的研究现状,并且建议在此基础上利用三维有限差分断层动力学模型,模拟断层的动态破裂过程以及近断层地表运动的特征。     

相邻地形对地震动特性的影响分析

基于采用透射人工边界的显式动力有限元方法,研究了相邻凸起地形对地震动反应谱特性的影响,分析了相邻凸起之间距离的变化对地形效应的影响。研究结果表明：1）与单一凸起地形对地震动的放大效应相比,相邻地形的存在对地震动反应谱谱比曲线的形状影响不大,但是却对谱比的值具有较大影响,而且其影响程度的大小与地表观测点的位置有关;2）相邻凸起地形的存在对凸起平台段中点地震动高频成分的放大效应具有较大影响,随着相邻凸起之间距离的增大,该影响效应逐渐减弱,多个相邻凸起构成的组合地形对地震动的放大效应逐渐接近单一凸起地形。     

北京地区近断层强地震动模拟

文中利用1679年三河-平谷8级地震的有关资料和北京地区地下三维结构的研究成果,建立了相应的震源模型和传播介质模型。利用Graves的三维有限差分程序,计算了北京地区震后的地面峰值速度。通过对计算结果的分析处理,获得了近断层强地震动的近断层效应、方向性效应、上盘效应和盆地效应等基本特征。同时,这些特征也反映了我们所设定的震源和传播介质参数的合理性,以及模拟方法的正确性。另外,分析处理中所获得的这些结果可为北京地区的城市规划和抗震设防提供客观的参考依据     

近断层速度脉冲地震动的三维有限差分模拟

根据台湾西部地质地貌特征和1999年集集M_W7.6地震的研究成果,建立三维速度结构模型和震源模型,并采用三维有限差分法对双冬断层可能产生的近断层脉冲型地震动进行数值模拟。结果表明,方向性效应引起的双向速度脉冲集中在垂直于断层滑动分量的方向上,而滑冲效应引起的单向速度脉冲则集中在平行于断层滑动分量的方向上。受方向性效应和上盘效应的共同调制,近断层脉冲型地震动反映出不对称带状分布的特征,速度脉冲主要分布在距离断层面约10 km的范围内。凹凸体的特性影响着地震动的时空分布,由地震波场显示南投和台中处于强地震动危险区。近场脉冲型地震动的研究对分析速度脉冲形成机理以及地震危险性有一定的参考意义。     

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。     

Seismic Ground Motion Zoning Maps of the Pangxi Region

The seismotectonic environment and seismic activity in Southwest China region were studied based on new data and new results obtained during the Eighth and Ninth Five-Year Plans,the seismic areas and zones and potential seismic source zones were determined.and the relation between seismic activity parameters and ground motion attenuation was determined.Finally the seismic gound motion zoning maps of the Pangxi region was compiled by using the multi-parameter and multi-scheme method.     

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。     

强震动台站周边地面建筑物对观测结果的影响分析

强震动观测是获取地震地面运动最基本的手段,但其观测质量会受到观测台站周边环境的影响。本文针对不同场地条件的观测台站和附近不同高度建筑物,开展建筑物对观测场地地震动影响的模拟分析,探讨其对强震动观测的影响规律。基于ABAQUS有限元分析软件以及粘弹性边界方法,建立了8个场地-建筑物体系计算模型,分别考虑了4种不同剪切波速的场地和4种不同层数的框架结构建筑物,计算分析了建筑物高度、观测点与建筑之间的距离对强震动观测及场地土波速变化的影响。结果表明:强震动台站附近地面建筑物的存在对观测结果将产生明显的影响,近距离建筑物影响的相对误差可高达20%以上;建筑物高度的变化并没有明显改变其影响程度和影响较大的地震动周期范围,但较高建筑物的影响程度会随距离增加衰减速度减慢;场地土越软,周边建筑物对观测带来的影响越大。建议:对于较软弱场地（土层平均剪切波速低至210m/s）,强震动台站避让建筑物的距离应不小于40m,对于较坚硬场地（土层平均剪切波速大于250m/s）,强震动台站避让建筑物的距离应不小于25m。同时还认为,如果强震动观测要求较高精度,需进一步增加避让距离,且应具体考虑建筑物高度等因素的影响。     

Estimation of Nonlinear Time-dependent Soil Behavior in Strong Ground Motion Based on Vertical Array Data

To improve our understanding of nonlinear elastic properties of soils, a method is proposed of estimation of stress-strain relations of soils in situ in strong ground motion based on vertical array data. Strong motion records provided by seismic vertical arrays allow estimation of nonlinear stress-strain relations in soil layers at different depths, from the surface down to the location of the deepest device. As an example, records obtained during the main shock of the 1995 Kobe earthquake at Port-Island, SGK, and TKS sites were used to estimate the stress-strain relations in the soil profiles. For different layers, different types of nonlinear stress-strain relations were selected, according to the profiling data. To account for temporal changes in the soil behavior, consecutive parts of records were examined, and for successive time intervals, the relations were found showing the best-fit approximation to the observed data. At Port Island and SGK sites, where the strongest accelerations were recorded, the obtained stress-strain relations showed systematic changes in the upper layers (0–14 m), such as, a progressive reduction of the slopes of the stress-strain curves due to liquefaction at Port Island and reduction and recovery of the slopes at SGK and TKS sites. At the three sites, the stress-strain relations remained stable in layers below 11–14 m. Thus, the proposed approach gives us a representation of the soil behavior in layers at different depths in strong ground motion; it allows calculation of the propagation of arbitrary seismic signals in the studied profiles and estimation of nonlinear components in the ground response by the nonlinear system identification technique. The method can also be applied to evaluate the ground response at sites where profiling data are available and an imposed motion can be estimated.     

随机模型上的地震动模拟研究

介绍了一项随机模拟实验,该实验通过模拟一个具体场址模型的地震动响应了解模型参数不确定性对模拟结果的影响。首先给定一个典型的第四纪沉积层场址模型的参数(包括地层厚度、介质密度、横波速度和品质因子等)的统计特征,并据此在计算机上按截尾的正态分布随机抽样形成了16384个随机模型,然后分别在各个模型上进行SH波地震动响应模拟,最后对所有的模拟结果进行统计分析,了解模型参数的不确定程度与模拟结果变化范围之间的关系。实验结果表明,模型参数不确定性对模拟结果的影响程度是随频率增大的。随机模型地震动响应的第一个放大峰发生在353±031Hz的频率上,其幅值为438±076;第二放大峰发生在885±108Hz的频率上,幅值为422±090。两放大峰值的均方差与均值之比分别为18%和25%。与模型参数20%的相对变化程度大致相当。但更高频率上振幅响应的均方差与均值之比则高达30%～40%。     

映射法在估计强地震动参数中的应用

以我国中南地区为例,参考美国西部地震烈度、基岩峰值加速度、反应谱平均周期和谱光滑卓越周期的衰减规律,采用地震对映射的烈度震级法和烈度距离法,评估了研究区基岩峰值加速度和反应谱频率参数的不同衰减影响因素。     

用于强震记录仿真地动位移的高精度累积数值积分方法研究

针对传统梯形积分方法的低精度缺陷,提出了一套高精度累积数值积分方法.首先对被积数据进行分段三次Hermite插值,之后采用积分区间四等分的Newton-Cotes积分公式进行积分.误差分析表明,本方法精度远高于梯形积分方法精度.在对构建信号进行方法验证的前提下,采用2013年4月20日雅安芦山地震和2008年5月12日汶川地震的真实强震动加速度记录对本方法进行测试,测试结果表明,本方法适用于将强震动加速度记录积分为位移记录.     

以反应谱和功率谱密度函数表征的强震运动的统计特性

文中利用我国海城和唐山地震１９０条强震记录和美国西部１３８条强震记录研究了以反应谱和功率谱密度函数表征的强震运动的统计特性。反应谱用最大地面加速度归一化，即表为谱放大系数，功率谱密度函数用金井清谱描述。文中研究了参数的统计值和依赖性，以及谱放大系数和金井清谱参数与场地条件、震源和震中距等之间的相关性，分析比较了中美两国强震运动谱的统计特性，并对我国地震工程应用的强震运动谱的统计参数值的选取提出了建议。     

汶川8.0级地震陕西省数字强震动记录分析

本文对2008年5月12日四川汶川8.0级地震陕西数字强震动台网27个台的地震加速度记录进行了处理和分析,包括对加速度波形数据的基线调整、滤波、加速度反应谱计算,以及速度和位移计算。结果表明：除局部场地条件的影响外,大地震的能量辐射方向和传播路径中介质的横向不均匀对PGAH衰减的离散性可能有一些影响; 对于同一烈度值,PGA/PGV较小,PGA在数值上平均只有PGV的5倍左右,反映了地震动的低频成分比较丰富; 绝大部分强震台所处地区的烈度为Ⅴ—Ⅶ度; PGAH与水平单分向加速度峰值PGA（E-W）和PGA（N-S）中较大值之间的相对偏差绝大部分小于10%; 波形的性质为面波,盆地中覆盖土层较厚的场地长周期的面波更为发育,波列持续时间较长; 局部场地的介质特性对地震动特征有相当大的影响,盆地中较厚的覆盖土层对较长周期的地震波有明显的放大作用。     

汶川地震烈度分布与震源过程相关性的初步研究

汶川地震造成了靠近发震断层附近地区的工程结构的严重破坏,由此导致了巨大的人员伤亡和财产损失。汶川地震后,虽然目前还没有得到完整的强震记录,但是作为震害宏观描述的地震烈度,在一定程度上反应了汶川地震近断层地震动与震源过程之间的相关性,如近断层地震动的方向性效应和上盘效应。本文对此做了一些定性的分析,认为高烈度区的分布与震源机制和破裂过程存在一定的相关性,并且在近断层地区很可能存在着较为显著的方向性效应和上盘效应。更详细的研究还需要在得到足够的强震记录后才能进行。     

Strong Ground Motion Estimation During the Kutch, India Earthquake

In the absence of strong motion records, ground motion during the 26^th January, 2001 Kutch, India earthquake, has been estimated by analytical methods. A contour map of peak ground acceleration (PGA) values in the near source region is provided. These results are validated by comparing them with spectral response recorder data and field observations. It is found that very near the epicenter, PGA would have exceeded 0.6 g. A set of three aftershock records have been used as empirical Green's functions to simulate ground acceleration time history and 5% damped response spectrum at Bhuj City. It is found that at Bhuj, PGA would have been 0.31 g–0.37 g. It is demonstrated that source mechanism models can be effectively used to understand spatial variability of large-scale ground movements near urban areas due to the rupture of active faults.