断层地震的尖角型突变模型

本文对直立走滑断层地震提出一个简单的力学模型,用尖角型（Cusp）的突变模型研究了地震过程的机制。从理论上阐明了围岩与断层带的刚度比和远场位移参数在地震过程中的重要作用,得到了地震时断层错距和能量释放值的简单公式。研究结果表明,岩石系统的稳定性首先取决于系统内部的刚度分布;其次在一定的外界条件下,系统才可能从稳定状态进入非稳定状态,而在外界扰动下失稳,于是从整体上深化了对断层地震过程的认识。     

断层地震的尖角型突变模型

本文对直立走滑断层地震提出一个简单的力学模型,用尖角型（Cusp）的突变模型研究了地震过程的机制。从理论上阐明了围岩与断层带的刚度比和远场位移参数在地震过程中的重要作用,得到了地震时断层错距和能量释放值的简单公式。研究结果表明,岩石系统的稳定性首先取决于系统内部的刚度分布;其次在一定的外界条件下,系统才可能从稳定状态进入非稳定状态,而在外界扰动下失稳,于是从整体上深化了对断层地震过程的认识。     

地震动强度指标与隔震等效SDOF体系远场长周期地震位移响应的相关性研究

以远场长周期地震记录为输入,以隔震等效双线性SDOF体系为研究对象,研究了长周期地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性。首先,从太平洋地震工程研究中心(PEER)选取50条远场长周期地震记录作为输入,采用双线性力-位移关系曲线描述隔震支座的力学特性,根据生产厂家提供的支座参数确定体系的屈重比和支座的刚度比;其次,运用MATLAB进行编程求解,得到了与各地震记录对应的地震强度指标值和体系的最大位移响应;然后,采用Pearson方法对各地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性进行了统计研究。研究结果表明,远场长周期地震作用下,隔震结构的最大位移响应与加速度型指标和速度型指标的相关性较好,而与位移型指标的相关性最差;建议在进行隔震结构的抗震性能研究时,根据隔震前周期T1的取值范围选取Ic或PGV作为地震强度指标。     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当ββ≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

利用远场GPS观测修正东日本9.0级地震断层滑动模型

<正>真实的地震断层滑动模型(简称地震模型)和介质参数决定了同震变形影响方式和范围,同震变形对于认识和理解地震孕育的前兆信息具有重要意义。通常人们利用GPS近场位移资料研究同震位错变形,或者结合远场和近场资料,但远场资料往往不发挥作用。在此利用GPS观测的2011年东日本Mw9.0地震同震变形,研究大范围同震位移的分布规律和特性,地球介质参数对于远场同震变形模拟结果的影响;从众多地震模型中判断最接近真实情况模型的方法;尤其是远场同震位移对地震模型的敏感性或约束作用。     

岩石摩擦弱化及失稳序列的数值模拟

通过基于“瞬间闭锁”假定的多滑块-弹簧模型对摩擦滑动进行模拟,讨论了强度分布不均匀性及系统刚度构成对整个系统稳定性的影响.通过图示平均剪应力和平均位移的关系,对断层模型随错动的演化作了清晰的描述.结果表明:(1)均匀的滑动面及外部系统刚度较小的情况(这相当于高压条件下形成的光滑剪切破裂面的情况)易于发生粘-滑振荡.(2)随着错动次数的不断增加,错动的空间分布向不均匀方向发展,从而使平均应力降减小,系统整体趋向稳定,即断层活动历史越长越趋向稳定.(3)由于导入了具有负刚度效果的力和位移组合控制,通常加载方式条件下只能产生不稳定的过程可以转变为一个平均效果上的准静态弱化过程,类似于滑动弱化过程.     

循环荷载作用下海北地区重塑黄土刚度弱化试验研究

基于GDS动三轴对青海海北地区重塑黄土进行不同条件下的循环加载试验,采用应力控制方式进行加载,研究不同循环动应力、不同加载频率对黄土累积塑性应变和刚度弱化特性的影响,并采用Idriss提出的弱化模型对试验进行拟合.试验结果表明:相同振次下,循环动应力、加载频率对累积塑性应变和刚度弱化指数均有影响,较大循环动应力和较低加...     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β(围岩切线刚度与断层刚度最大值之比)是决定地震失稳的重要参数,只有当β1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

框架结构剪切刚度的实用计算方法

以6、8、12层平面钢筋混凝土框架结构作为算例模型,首先介绍了从层间水平总位移中减掉弯曲位移以得到剪切位移、并利用此位移来确定真实剪切刚度的计算方法;其次,提出了利用D值法理论刚度调整值和本文推导的刚度比与层数比的拟合曲线,来确定真实剪切弹性刚度实用值的方法和恢复力模型相关参数的方法。最后通过一个10层结构的例子进行了地震反应弹塑性时程分析,验证了真实剪切刚度实用计算方法的合理性和恢复力模型相关参数的可靠性。结果表明,所提的框架结构剪切弹性刚度实用值计算方法和各层恢复力模型参数的确定方法简单易懂,精度高,在确定剪切刚度环节中,可以替代繁琐复杂的推覆分析。     

远场地震波辐射能计算以及对近断层地面运动的约束

从圆盘断层模型出发,根据地震波能量表象定理推导出了滑移弱化过程中远场S-波辐射能量表达式,并同已有的动力学模型作了比较.结果表明,得到的模型能量值或视应力的取值强烈地依赖于断层上的动态、静态应力降和破裂传播速度,而破裂速度则对应了断层带模型中断层破坏过程所耗散的能量.动摩擦应力上调和应力下调力学机制在能量求解中得到了充分考虑,弥补了D-模型和M-模型的不足.结合近断层滑移所作的功或应变能的释放,得到了近场能量辐射的一般表达式,并讨论了其物理意义以及对近断层强地面运动预测的潜在意义.采用近场地震波辐射能量同加权滑移速率的关系,给出了估算近断层质点运动速度的近似解,由此计算了2008年5月12日MW7.9中国汶川地震和1999年9月21日的MS7.6中国台湾集集地震的加权滑移速率,结果同早期Brune模型给出的瞬态解和近断层台站的真实记录相似.需要强调的是,所得能量解可应用于对未来强地面运动预测新的物理约束参数.如果对真实地震远场能量求解达到相当的精度,则对未来强地面运动模拟中包括地震矩、静态和动态应力降在内的物理参数选取就可以给出一个合理的估计.     

华北地台基底弱化带及其与地震的关系

在分析华北地台结晶基底形成演化的基础上,重点论述大型古老的韧性剪切带,以及它们作为主要的基底弱化带在后期的继承性活动。结合现今位移调整的总趋势和地震活动规律,讨论了沿基底弱化带的再活动与地震的联系     

远场地震作用下桩间横向动力相互作用的研究

在远场地震作用下单桩横向地震响应研究的基础上,引入相互作用因子,研究了远场地震作用下成层地基中桩与桩的横向动力相互作用,得到了桩间距、桩土刚度比、桩顶约束条件、瑞利波入射角度、震动频率是影响群桩横向动力相互作用主要因素的结论,为进一步研究远场地震作用下群桩的横向地震响应打下了基础。     

远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响

为研究远场长周期地震动对自复位高墩地震反应的影响,开展了自复位高墩的缩尺模型振动台试验,得到了模型桥墩在远场长周期地震动和普通地震动作用下的墩顶位移和墩底弯矩等数据,并对已有的两弹簧数值分析模型的有效性进行了验证。以一座典型的桥梁为例,利用已验证的两弹簧模型基于OpenSees平台建立数值分析模型,进行了自复位高墩在远场长周期地震动下的地震反应分析,并与普通地震动结果进行了比较。结果表明:自复位桥墩在远场长周期地震动下仍具有较好的隔震性能,但远场长周期地震动会增大自复位高墩地震反应;自复位桥墩在远场长周期地震动下的墩顶位移和墩底提离位移及转角都明显大于普通地震动,而墩底弯矩则与普通地震动相差不大。在自复位高墩的应用中,需要注意远场长周期地震动带来的不利影响。     

单自由度体系残余位移分析及损伤评价

结构经历地震后的残余位移可作为结构震后可修复能力的重要指标,研究结构的残余位移对于地震灾区震损结构性能的评价具有重要意义。本文以双线型单自由度体系为计算模型,选取了中国规范对应的4种场地120条地震动,通过弹塑性动力时程分析,分析了场地条件、屈服后刚度比、强度折减系数和周期等参数对残余位移的影响。分析结果表明,场地条件、屈服后刚度比和周期是影响残余位移的主要因素,强度折减系数对残余位移的影响不大。相关性分析表明,结构的残余位移与最大位移、滞回耗能之间存在较好的线性关系。以Park-Ang损伤模型为基础,提出了震后单自由度体系基于残余位移的损伤评价方法。     

近场地震下竖向刚度不同的混合结构动力性能分析

近场地震的动力特性明显不同于远场地震,因此有必要对结构在近场地震作用下的动力性能展开研究。以上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的加层混合结构为研究对象,对其在近场脉冲型地震、近场无脉冲型地震及远场地震作用下的动力响应进行研究。结果表明:在多遇、设防、罕遇地震作用下,近场脉冲型地震会使结构的层间位移角、层间剪力、加速度等动力响应均放大并出现超限的情况,而且都比罕遇地震作用下结构的响应增大更明显;在进行近场区加层混合框架结构的设计和建设时,近场脉冲效应会使结构存在不满足规范的情况,有必要对竖向刚度不同的加层混合结构在近场区的适用性进行深入研究。     

2004年苏门答腊地震的几个断层滑动模型的全球同震位移对比

2004年苏门答腊大地震后,不同作者根据地震波和/或GPS观测,提出了不同的断层错动模型.在利用同震位移观测资料反演断层滑动模型时,由于使用半无限空间均匀介质模型或半无限空间分层介质模型,一般只能利用近场位移GPS观测约束,无法利用远场资料,这些模型有时差别颇大,如何区别这些模型的优劣是一个仍尚未解决的问题.本文采用等效体力有限元方法,在考虑地球球形和分层的条件下,对四个不同作者提供的2004年苏门答腊地震的断层滑动模型计算全球同震位移.由于采用了球形模型,所以不仅可以把四个模型的近场位移计算结果与GPS数据进行对比,而且可以把远场位移计算结果与GPS数据进行对比.我们发现,垂直位移对断层滑动模型的依赖性小于水平位移.四个模型计算的近场位移与GPS位移符合程度均较好,但是四个模型计算的远场位移与GPS位移符合情况有很大不同,其中Chlieh等（2007）模型在近场与远场符合程度均很好,是四个模型中最好的.另外还探讨了断层反演数据资料、断层几何模型以及地球模型对计算结果的影响.对于特大地震,全球同震位移观测与计算值吻合程度的好坏是衡量断层滑动模型的合理性的一个重要依据.     

近源地壳构造与远场体波理论地震图的计算

将震源附近的特殊地壳构造区简化为二类模型.它们具有异常的密度、波速和一定的几何尺度.依据双力偶点源模型下远场垂直向 P 和 SH 波位移公式和由本文模型推导的反射系数、辐射花样和走时差计算式,分别计算了远场 P 和 SH 波理论图.结果表明,若近源特殊构造的密度、波速值小于地壳平均值(模型Ⅰ),则它对远场地震图的影响可以忽略;反之,若特殊构造介质参数值大于震源区平均值(模型Ⅱ)。则它在一定情况下对远场地震图有较大影响.而这种影响在以往的工作中均被忽视了.     

近源地壳构造与远场体波理论地震图的计算

将震源附近的特殊地壳构造区简化为二类模型.它们具有异常的密度、波速和一定的几何尺度.依据双力偶点源模型下远场垂直向 P 和 SH 波位移公式和由本文模型推导的反射系数、辐射花样和走时差计算式,分别计算了远场 P 和 SH 波理论图.结果表明,若近源特殊构造的密度、波速值小于地壳平均值(模型Ⅰ),则它对远场地震图的影响可以忽略;反之,若特殊构造介质参数值大于震源区平均值(模型Ⅱ).则它在一定情况下对远场地震图有较大影响.而这种影响在以往的工作中均被忽视了.      

基于动摩擦应力下调滑移弱化机制，利用地表破裂同震位移约束2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂传播速度

利用2001年昆仑山口西MS8.1地震现场观测所提供的地表破裂同震位移数据,使用简单滑移弱化破裂模型,估算了发震主断层上的破裂传播速度. 该模型中考虑了断层破裂时动摩擦过程中应力上调和下调机制对地震波辐射能量分配的影响. 对比Bouchon和Valleacute;e有关昆仑山口西地震主断层破裂传播速度超过剪切波速度,甚至达到P波速度的结果, 采用动摩擦应力下调时的滑移弱化模型 (分数应力降模型),结果表明,伴随较高的地震波辐射效率,主断层的平均破裂传播速度等于或小于瑞利波速度,这与许力生和陈运泰的体波反演结果,以及陈学忠震源应力场估算的结果是一致的. 最后,联系到由地表破裂现象所反映出的断层力学特征,如与视应力相关的分数应力降 (动摩擦应力下调), 基于滑移弱化模型, 讨论了可能的震源破裂机制.      

受损发电机基座框架的动力承载能力分析

对某受损伤发电机基座框架进行可靠性分析。现场检测混凝土强度，利用有限元法对该结构进行动态特性、结构位移和内力计算和分析。在有限元计算中，采和弱化受损单元抗弯刚度的方法，考虑损伤的影响。分析结果表明基座框架能够承受改造后的设计荷载，振动线位移也满足规范要求。