近场地震动格林函数的解析法与数值法对比研究

分析了在均匀弹性介质中，分别用解析方法和三维波动有限元数值方法计算无限全空间近场地震动的格林函数的理论与方法。将震源处理分为：(1)计算单一位错点源单位脉冲引起的格林函数；(2)用有限断层模型将断面划分为若干子源并有时间延迟，叠加所有子源的格林函数。本以1994年美国北岭地震为例，用解析法和数值方法分别计算了LV3、PCD、MCN三个场地的格林函数，并进行了对比分析。     

随机有限断层法模拟中强地震近场强震动的参数影响研究

介绍了模拟地震动时程的随机有限断层法及近年来对该方法的改进,改进后的随机有限断层法适合模拟中强地震;比较了不同场地方位角的中强地震近场地震动时程与平均伪加速度反应谱(PSA);定量分析了中强地震近场地震动模拟结果的参数敏感性. 结果表明：不同场地方位角的中强地震近场PSA在短周期部分差别较大;应力降是模型中最重要的参数,其对反应谱短周期部分影响最大;几何扩散系数对PSA的整体影响也较为明显. 将随机有限断层法应用到工程安全性评价工作中时,应当重点关注对反应谱短周期部分影响较大的应力降和该区域的几何扩散系数,同时要调查该区域优势场地方位角的分布,更加合理地控制中强地震近场强震动的模拟.     

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.     

基于改进的经验格林函数方法的地震动模拟

改进的经验格林函数方法弃掉以往完全用经验方法确定用于合成大震的小震数目的方法,考虑了大地震断层各个子断层位错的不均匀性,使得经验格林函数方法的物理意义更加清楚。用改进的经验格林函数方法,以汶川MS6.4余震记录作为经验格林函数模拟了九寨白河台、松潘安宏台、皋兰台和成都中和4个台站的加速度时程,与以往的经验格林函数方法比较,模拟结果的反应谱与记录符合得更好,证明了改进的经验格林函数方法可以反映震源位错的复杂分布,可以在工程地震中用来估计场地地震动过程。     

中强地震近场强震动的随机有限断层模型参数影响研究

随机有限断层法是模拟地震动加速度时程的一个重要工具。该方法能反映震源、传播路径和场地特性,并且计算快速、高效,高频部分表现良好,因而目前广泛应用于强震地震动的模拟。     

利用随机有限断层法计算海河断裂的地震动

通过构建横向均匀成层的地震断层模型,利用随机有限断层法,计算了海河断裂发生6.5级地震的地震动分布。计算结果克服了现行综合概率法计算结果不能体现近场效应的缺陷,并反映出断层上盘效应等特点,该结果可作为最大可信地震动应用于抗震设防变形验算,同时还可以作为评价综合概率法结果不确定性的一个参考,对海河断裂影响带的防灾减灾具有一定的借鉴价值。     

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。     

经验格林函数法和遗传算法在震源谱研究中的应用

发展了传统的经验格林函数方法，将其与遗传算法结合起来用于地震震源谱的研究，以求得较大地震震源谱的高频衰减趋势的斜率。在此基础上先用遗传算法较为精确地搜索出较大地震的拐角频率，再用遗传算法对较大地震的振幅谱因衰减造成的损耗进行补偿，从而确定自震源至地震台传播途径上的介质品质因子Q值，最后给出了利用乌鲁木齐区域遥测数字地震台网资料测定Q值的范例。从计算结果得出乌鲁木齐至北天山一带的乌苏地区地震震源谱的高频衰减趋势满足ω^-2形式，Q值在480左右。     

随机有限断层方法的改进和芦山地震动模拟

随着随机有限断层方法被逐步推广至宽频带地震动的震前预测与震后模拟,该方法存在的2类问题凸显:(1)模拟地震动的频率非平稳特性缺失;(2)高低频地震动的模拟精度不一致。文中探索上述问题的改进措施:(1)引入区域地震波传播群速度模型以生成频率非平稳地震动相位;(2)引入王国新改进震源谱代替Brune震源谱以实现高低频地震动辐射水平的调整。将改进后的随机有限断层方法应用于2014年芦山地震(M_w6.7)的强地震动模拟,模拟结果验证了改进措施的有效性:新引入相位使得模拟记录的频率非平稳特性趋近于真实记录;新引入震源谱模型在一定程度上可实现高低频地震动的一致精度模拟。     

用改进的经验格林函数方法模拟唐山地震动

建筑物的抗震设防需要尽可能地掌握未来大地震强震动记录信息,但大地震强震动记录的匮乏阻碍了抗震设防实践的发展。经验格林函数方法作为模拟地震动的主要方法,可以提供可靠的大地震强震动记录,但也存在着许多问题,如缺乏对大地震断层滑动分布不均匀的描述、用经验确定小震数目、模拟方法受到大小地震相似条件的限制等。文中对上述经验格林函数方法存在的问题进行了研究,改进的经验格林函数方法,有效地解决了上述问题。并用其对唐山大地震进行了模拟,并把模拟的地震动时程和反应谱与实际记录相比较,发现用改进方法模拟的地震动加速度反应谱比用未改进方法模拟结果更接近实际的地震动记录加速度反应谱。由此说明改进的经验格林函数可更准确的模拟地震动。     

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。     

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。     

随机有限断层法及其工程应用中的问题分析

随机有限断层法作为半经验半理论的地震动合成方法,综合考虑了震源、传播路径以及场地条件对地震动的影响,可在工程关注的频率范围内模拟地震动时程,为实现较大区域地震动模拟提供了一种有效的方法。本文系统阐述了随机有限断层法的基本原理、静力学拐角频率模型及动拐角频率模型的发展;分析了主要模型参数（断层尺度、破裂速度、剪切波速及应力降）、Kappa因子和介质品质因子的取值原则,并结合中国大陆的实际情况给出了相应的取值范围;最后讨论了现有模拟方法在考虑参数取值、子断层划分和子断层之间相互作用等方面的不足以及能量处理方式上的缺陷,明确了随机有限断层法发展的方向。     

卢龙地震动场的预测

分别用经验格林函数方法和随机方法对卢龙ML5.7地震的地震动进行模拟对比研究,结果显示:用经验格林函数方法模拟得到的波形和反应谱都与原始记录接近,用该方法模拟的地震动,无需掌握场地的具体情况;对于无小震记录的地区,如果知道了其场地情况与附近有小震记录地区相似,可以用该小震记录作为经验格林函数模拟地震动。对于不能用经验格林函数方法模拟地震动的地区,可以用随机方法模拟地震动。用随机方法模拟地震动具有简单、方便、无需小震记录的优点。根据卢龙场地具体条件,尝试用两种方法结合预测了卢龙地震加速度场,结果比较好地反映了断层周围加速度的峰值分布规律。     

Testing the Validity of Simulated Strong Ground Motion from the Dynamic Rupture of a Finite Fault, by Using Empirical Equations

This paper is concerned with testing the validity of the ground motions estimated by combining a boundary integral equation method to simulate dynamic rupture along finite faults with a finite difference method to compute the subsequent wave propagation. The validation exercise is conducted by comparing the calculated ground motions at about 100 hypothetical stations surrounding the pure strike-slip and pure reverse faults with those estimated by recent ground motion estimation equations derived by regression analysis of observed strong-motion data. The validity of the ground motions with respect to their amplitude, frequency content and duration is examined. It is found that the numerical simulation method adopted leads to ground motions that are mainly compatible with the magnitude and distance dependence modelled by empirical equations but that the choice of a low stress drop leads to ground motions that are smaller than generally observed. In addition, the scatter in the simulated ground motions, for which a laterally homogeneous crust and standard rock site were used, is of the same order as the scatter in observed motions therefore, close to the fault, variations in source propagation likely contribute a significant proportion of the scatter in observed motions in comparison with travel-path and site effects.     

用经验格林函数法模拟2008年日本岩手县地震强地面运动

1 研究背景 众所周知,大地震中的近场强地面运动对近断层的建筑物和工业装备破坏十分剧烈,但是长期以来由于近场强地面运动记录的缺乏,人们对其特征了解甚少.而且现有的震源动力学计算方法受到缺乏地下三维速度结构的准确信息和本身计算能力所限,模拟出的地震波的高频部分不足.     

邢台地区长周期地震动特征初步分析

沉积平原中存在地表低速沉积层是长周期地震动产生的关键因素,而长周期地震动会对长周期建筑物造成严重威胁和震害。本文基于邢台地震的历史地震震源模型和含地表沉积层的地壳速度模型,采用离散波数有限元法,对邢台地区进行了长周期地震动的计算分析。研究表明,邢台平原地区在大震中会产生长周期地震波,邢台地震中反应谱峰值区域位于宁晋南,与极震区基本重合。震中距小于55km区域内的周期1.5—4s的放大系数谱超过了抗震设计规范谱,反应谱放大系数值在周期2s附近达到峰值。因此,邢台地区因存在地表软弱沉积层,该区抗震设防可能对长周期地震动估计不足,建议应予以特别考虑。     

基于随机振动模型的强地面运动数值模拟及其在广西灵山M6 3/4地震中的应用

1936年4月1日广西灵山县平山镇东南罗阳山附近发生M6(3/4)地震,该地震是华南大陆自有地震记载以来发生的最大地震。本研究收集整理了灵山M6(3/4)地震的地质资料、活动断层探测最新成果等,选取适当的研究区域,利用随机振动有限断层模型计算区域内网格点的峰值加速度(PGA)及峰值速度(PGV)等参数,并且加入浅层横波速度结构V_s³⁰对地震动参数的影响,最终得到此次地震的地震动分布并分析了地震动特征。本研究将模拟结果与野外调查烈度数据和地震动衰减关系进行对比,结果显示模拟结果与调查烈度值和衰减关系在整体衰减特征、极震区的分布等方面均符合较好,模拟结果可为该地区未来地震危害性评估提供依据。本研究所使用的方法流程亦可应用于本地区地震烈度速报,为震后应急救援及决策指挥提供帮助。     

马衔山北缘断裂西段6.5级地震对兰州市及周边地区的影响

位于兰州市南侧NW走向的马衔山北缘断裂是发生强烈地震最危险的地段.本文采用混合震源模型和随机合成高频地震动方法,研究了该断裂西段发生6.5级地震可能引起的兰州市及周边地区的地震动分布,给出了PGA分布图.