地震作用下黄土边坡动力响应的时频特征分析

地震作用下黄土边坡的动力响应特征与变形失稳机制是具有重要理论与实践意义的课题,但从动力响应频谱特性方面开展的研究还相对较少。以大型振动台模型试验获得的黄土边坡地震动峰值加速度数据为基础,通过分析其变化规律,着重从频谱特性的角度分析,讨论黄土边坡的动力失稳机制。进一步通过对坡面不同高程测点、边坡内部垂直方向以及水平方向上测点的加速度时程进行绝对加速度反应谱分析,从频谱变化角度提出黄土边坡的动力失稳机制。研究表明,黄土边坡在地震动作用下的响应过程可以分为三个阶段：弹性阶段、塑性阶段与破坏阶段;黄土边坡进入破坏阶段时均会伴随反应谱峰值的增幅或者主周期的变化,在弹性阶段反应谱加速度峰值增幅与输入地震动幅值增幅一致,进入塑性阶段后反应谱峰值增幅比输入地震动幅值增幅小;研究提出将反应谱首峰的凸显情况作为坡体破坏程度的判断依据之一。     

汶川地震黄土地区地震动特征分析

汶川地震黄土地区强地震动加速度峰值（PGA）较小,然而震害却较为严重,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取四川、甘肃及宁夏境内的部分强震动记录,探讨传播距离和场地条件对地震动的影响规律,重点研究黄土地区地震动幅值、频谱、持时特征以及对建筑结构的潜在影响,从地震动特征角度分析该地区震害相对较重的原因。结果表明:汶川地震黄土地区地震动速度峰值较大,地震动中频分量和中长周期成分较为突出;黄土地区自振周期为0.3~1s以及3~4s（尤其是此周期内30~40层）的结构物地震反应将显著放大;设计地震分组为第三组的Ⅲ类黄土场地,加速度反应谱拟合曲线在周期1~3.5s谱值明显高于规范设计谱;黄土场地地表地震动拥有更长持时。     

熊本MW7.0地震近场地表与井下地震动对比研究

选取日本熊本M_W7.0地震断层距小于200 km的82个近场KiK-net台站记录到的三分量记录数据进行基线校正后,获得近场地面运动水平向的峰值加速度PGA、峰值速度PGV及周期为0.2,1,2,3,5和10 s的加速度反应谱数据,并与美国NGA-West2的地震动预测模型相比较,研究熊本地震地表和井下地震动峰值及反应谱的衰减特征,通过比较KiK-net台站地表与井下记录结果,探讨浅层场地放大效应的影响。研究结果表明:① 对于井下观测结果,NGA-West2的地震动模型对PGA和短周期0.2 s的反应谱的预测值与井下观测值相比整体偏高,而PGV和较长周期地震动（如1,2和3 s的反应谱）的预测值与井下观测值较为吻合;② 地表观测记录的PGA,PGV和周期为0.2—3 s的反应谱残差整体上随v_S30对数值的增大呈线性减小的趋势,而周期为5 s和10 s的长周期部分,其场地效应的影响很小;③ 相对于井下记录,地表记录的地震动PGA,PGV和周期为0.2,1和2 s的反应谱有明显的放大,这种放大作用随浅层场地剪切波速的增大而减小;周期为3,5和10 s时长周期地震动的放大效应很小。      

基于振动台试验的黄土场地效应研究

地震作用下黄土场地对地震波不同分量的放大效应影响显著。针对黄土高原典型黄土场地在地震作用下的放大效应,设计并完成大型地震模拟振动台试验,通过输入不同强度的地震动荷载,研究黄土场地加速度（PGA）放大系数、傅里叶谱、加速度反应谱、H/V谱比与地震动强度和场地高度的变化规律,揭示地震波不同分量对黄土场地效应的影响。结果显示：黄土场地对地震波的水平分量具有明显的放大效应,对地震波垂直分量的放大效应影响较小;随着高程的增加,地震波水平分量PGA放大系数呈现非线性变化;随着地震动强度和高程的增加水平分量卓越频率的频段和幅值逐渐增加,卓越频率向低频偏移,放大倍数呈现出非线性特性。     

日本福岛县两次复发地震强震动特征对比研究

本文以2021年2月13日和2022年3月16日日本福岛近海区域发生的M_w7.0和M_w7.3地震强震动数据为基础,从地震动的幅值、频谱、持时以及衰减关系等方面对比分析了强震动特征,解释了复发性地震的相似性,研究表明:当周期大于0.8s时,两个台站记录的加速度反应谱低于设计谱数值,对于长周期结构影响较小;随着场地和断层距的变化,同一台站在两次地震中加速度反应谱峰值对应的周期并没有发生明显的变化,在长周期部分,断层距较近的台站随着周期的增加反应谱下降的更快;两次地震中相应的PGA和PGV幅值呈对数线性关系;在等效卓越频率方面,2.0～4.0Hz范围内的离散点相对较少,解释了结构破坏较轻的现象;两次地震持时的回归曲线趋势相同,衰减相对较慢。     

黄土隧道边仰坡动力响应的大型振动台模型试验研究

设计并完成了1∶80比例尺的高陡黄土边坡大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下模型洞口仰坡动力响应规律,以及地震动参数对动力响应的影响。试验结果表明,不同地震波加载的过程中,坡面的PGA随着测点高程的增大而增大,在隧道仰拱和拱顶所处的位置,PGA有突然减小的过程。其中仰拱周围边坡坡面的PGA减小更大,说明隧道的存在对坡面加速度的放大作用具有一定的抑制作用,其中仰拱位置比拱顶位置抑制作用更强。台面峰值加速度越大,仰拱对加速度的抑制作用更加明显,坡顶面的PGA最大,因此坡面越高,加速度的放大效应越明显,并没有出现加速度放大系数饱和的这种状态。试验结果有助于揭示黄土隧道仰坡在地震作用下的失稳机制,为工程的抗震设计提供有益的参考。     

2021年5月22日玛多MS 7.4地震地震动特征

为了研究2021年5月22日玛多M_S 7.4地震地震动特征,收集16个强震台的峰值加速度和其中9个台的强震波形数据,利用峰值加速度衰减及反应谱等分析玛多M_S 7.4地震强震动特征。结果表明,多数台站的PGA值都随震中距的增大而平稳下降,PGA的衰减特征与青藏区衰减关系间有较好的一致性;土层台与基岩台的加速度反应谱明显不同,震中距越小,短周期高频成分越多,衰减越快,震中距越大,长周期高频成分越少,衰减越慢;加速度反应谱的水平向与竖向比值曲线在4 s内呈现两峰一谷的现象,初步认为,距发震断层较近的野马滩1号大桥所受到的破坏及水泥路面的明显错断受水平向地震动作用的影响更大。     

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。     

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。     

北京地区中硬场地对地震动加速度反应谱的放大效应研究

当前,合理确定地震动峰值加速度与反应谱特征周期是工程场地地震动参数确定工作的主要内容。本文以北京地区典型中硬场地为研究对象,分析场地条件对不同周期地震动反应谱值的影响。首先,计算不同震级、震中距条件下的基岩地震动加速度反应谱,合成基岩输入地震动时程;再利用110个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析中硬场地条件对不同输入环境下的地震动加速度反应谱值的放大效应。结果表明,中硬场地对高、中频震动放大效应明显,尤其是对0.2-0.5s周期段地震动加速度反应谱值的放大倍数大多在1.3以上;场地覆盖层厚度变化对不同频段地震动加速度反应谱值的放大倍数所产生的影响是不同的,与场地自振周期的相关性很强;在不同的地震动输入环境下,中硬场地对不同频段地震动加速度反应谱的影响是不同的,这一结论对实际的抗震设防工作具有一定参考价值。     

2022年9月5日四川泸定MS6.8地震近断层地震动特征

2022年9月5日12时52分四川甘孜州泸定县发生M_S6.8地震,造成重大人员伤亡和财产损失。本文利用此次地震中距离发震断层80 km以内获得的92个三分量加速度记录,研究此次地震近断层地震动峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和不同周期加速度反应谱(S_a)的空间分布与衰减特征,探讨了近断层地震动的脉冲特征及其对地震动反应谱的影响。研究结果表明：(1)此次地震近断层地震动表现出随观测方向变化的较强极性特征,其中51LDJ记录的南北分量约达到东西分量的3倍,这主要受地震的走滑破裂特征影响。(2)近场地震动强度的空间分布主要受此次地震发震断层的走向控制,峰值加速度、速度和加速度反应谱值的分布与断层走向特点一致。较强的观测值多位于烈度VII度以上的区域,与震害分布相符,地震动强度分布从一定程度决定了震害分布。(3)从实际观测结果与地震动经验模型的对比来看,经验模型对本次地震PGA和0.2 s的短周期地震动有较好的预测;对于PGV和周期0.5 s以上的地震动反应谱,本文考察的6个经验模型均有不同程度的高估。(4)本次泸定地震有2条典型脉冲记录,均...     

2020年1月19日伽师MS6.4地震强地面运动特征分析

2020年1月18—19日新疆喀什地区伽师县连续发生3次M_S≥5.0地震，其中19日21时发生伽师县M_S6.4地震。为更好地了解此次地震的强震动记录特征，分析了此次地震序列的强震动记录，从记录波形上看，位于近场区西克尔强震台获取较大峰值加速度，特别是垂直向有明显脉冲峰值，其水平向有明显脉冲地震动，脉冲周期约为2.78 s,速度脉冲峰值分别为38.1 cm·s^-1和36.4 cm·s^-1,反应了断层破裂的方向性效应。用谱比法分析场地的放大效应，在2 s左右有一个基本的共振周期。通过与喀什地区伽师县设计反应谱对比，西克尔台站的水平向地震动的反应谱远高于喀什地区8度罕遇地震设计反应谱。     

2021年9月16日四川泸县MS6.0地震强地面运动特征分析

2021年9月16日4时33分在四川省泸州市泸县发生M_S6.0地震,震中附近的强震动观测台网获取了1 320组三分向加速度记录,对有效记录进行常规处理后计算出地震动相关参数,并利用克里金插值方法得到峰值加速度PGA、峰值速度PGV和拟加速度反应谱的空间分布图。结果显示,极震区与中远场的长轴方向有较大差异,地震动表现出沿断裂走向衰减较慢的特性。通过与常用衰减关系预测值进行对比,分析了PGA和多个周期的拟加速度反应谱随距离的衰减特性,结果显示此次地震的PGA相比衰减关系预测值偏小,拟加速度反应谱相比各经验预测值呈现周期越大衰减变慢的特点,体现出川东南地区特有的衰减规律。最后分析了本次地震获得的最大加速度记录,进一步验证了局部地形和场地对地震动有显著影响。      

基于振动台试验的纯黄土边坡动力响应研究

黄土地区地震岩土灾害严重,本文以兰州新区一纯黄土边坡为原型,开展了大型振动台模型试验,研究纯黄土边坡在地震荷载作用下的动力响应规律与破坏机制。结果表明:与其他岩性或土性的边坡一样,纯黄土边坡表层加速度放大效应明显,在坡肩附近达到最大,呈现出高程效应即随高程的增加放大效应增强,同时放大效应也会随地震烈度的增加而增强,当烈度达到600 gal时,坡肩处放大系数最大为2.06;边坡表层土压力远小于与其同一高程的内部土压力,表层变化规律基本一致且随地震动的增加数值相差不大,在临空面上,坡脚附近土压力为最大,其值在0.7~0.75 kPa;随地震烈度的增加,边坡表面裂纹逐步由细小短裂缝演变为横向贯穿的深裂缝,在坡肩附近尤为显著,试验中,最大沉降约10 cm,坡肩最大水平位移为5~8 cm,模型边坡最终发生拉裂滑移式破坏。该研究结果可为纯黄土边坡在地震荷载作用下的稳定性研究提供一定参考。     

日本北海道胆振东部MW6.6地震近断层地震动的上盘效应

上盘效应是近断层地震动的主要特性之一,而目前就上盘效应的定量研究较少。本文利用日本K-NET和KiK-net强震动台网获取的近场强震动加速度记录,定量研究了北海道M_W6.6地震的上盘效应对地震动PGA、PGV和不同周期的加速度反应谱值空间分布和衰减特征的影响,探讨地震动上盘效应的特征及其影响范围,并将上、下盘观测结果与地震动预测经验模型进行对比。研究结果表明：(1)在断层距小于45 km时,此次北海道地震具有显著的上盘效应特征,断层上盘记录的PGA、PGV和加速度反应谱值明显大于下盘和中间区域的地震动观测值,且高于本次地震的平均值。上盘效应影响范围与震源破裂过程反演得到的断层尺度相吻合。(2)断层上盘的PGA观测值高于此次地震平均水平的对数偏差为0.61±0.16,这与1994年北岭地震和1999年集集地震等逆冲型地震的影响水平接近。上盘记录的PGV高于平均水平的对数偏差为0.39±0.12,即高于平均水平约35%。上盘观测地震动在周期T为0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 s时的加速度反应谱值高于平均水平的对数偏差分别为0.33±0.19、0.54±...     

鲁甸地震强震动记录与地震动衰减模型的对比研究

利用2014年鲁甸M_S6.5地震断层距小于300 km的32个自由场地观测台站的地震动加速度记录,分析了地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)的空间分布特征,并对已有地震动衰减模型中的NGA-West2四个模型和1个中国川藏区模型进行了比较分析.研究表明,地震动PGA和PGV衰减最快的方向与断层主破裂方向一致.在整个断层距(R_rup)范围内大多数台站的地震动PGA、PGV和加速度反应谱值(Sa(T=0.1、5.0 s))均位于NGA-West2四个模型预测曲线的±1倍标准差之外.PGA、PGV和Sa(T=5.0 s)的事件内残差均值在-1.43～-0.74之间.Sa(T=0.01～5.0 s)事件内残差均值在整个距离范围内均表现出系统性偏负.NGA-West2四个模型的PGA事件内残差的空间分布特征相似,其最大正值和最大负值分布区域的震源-场地方位角约为-90°和90°,与主破裂断层方向垂直,所处地势较为平坦且台站场地V_S30相对较大.NGA-West2四个模型总体上会较大地高估鲁甸地震整个断层距范围内各个周期尤...     

汶川地震远震区黄土场地地震反应特征分析

在实际场地钻孔资料的基础上,选取和构造45个有代表性的典型场地剖面,利用一维等效线性化波动方法,计算各个场地在三种不同强度地震动输入下的地表加速度反应。结果表明:(1)在远场地震动作用下,黄土场地PGA较大,反应谱平台范围较宽,集中在0.2~0.6s;(2)随着黄土覆盖厚度的增加,PGA减小,但对于自振周期大于一定范围的结构物震害加重;(3)对于无地形影响的厚层黄土地区,当黄土厚度在20~100 m时,随厚度的增加,反应谱下降段谱值增大1.1~1.4倍,特征周期放大1.1~1.25倍。     

陇东黄土高原地区建筑抗震设防参数研究

通过对陇东黄土高原区地质构造环境、历史地震影响与破坏特征、概率地震危险性计算等几方面的研究,对该区地震动参数特征进行了分析,研究了该区黄土场地及地形地貌对地震动参数的放大效应与分区特征.研究表明,陇东黄土高原地区的地震影响主要来自中远距离的大震,地震动持续时间长,长周期部分相对丰富,黄土场地及地形对地震动具有明显的放大效应,地震动参数具有明显的地貌分区特性.最后对比地震动参数区划图给出了陇东黄土高原地区建筑抗震设防参数的一些建议,认为在抗震设防参数取值中适当提高特征周期,对峰值加速度则按地貌分区取值.     

甘肃文县上城台地的地震记录分析

选取文县上城台地三个不同高程强震台同时记录到的汶川大地震的9次余震记录,研究场地的地震反应和波的传播效应。通过对比峰值加速度、地震反应谱、加速度时程等地震动参数,全面分析了地震动放大效应与地形的关系以及地震动特征与震源的关系。结果表明:相对于山脚,山顶的峰值加速度明显放大,并且山顶的地震动在场地卓越周期附近放大最显著;多数地震记录显示山顶处垂直白水江河谷分量的峰值加速度比值大于平行河谷分量比值;地震动绝对持时从山脚、山腰到山顶依次增长。总之,地形条件和其上覆松散层共同作用造成了上城台地的地震动放大。