场地效应研究的传递台站线性反演法——以芦山地震为例

采用线性反演法研究了地震动的场地效应,并针对线性反演法的局限性,提出了“传递台站”的方法来扩展其应用.通过传递台站,地震事件不再局限于必须被参考台记录到,台站也不再局限于须与参考台站同时获取到地震记录,改进后可大大增加数据样本,使得结果更趋稳定.同时,对于原来难以参与分析的台站,也可得到其场地反应.研究中,还采用了基于遗传算法的非参考台方法,进一步分析了场地反应和验证所提方法的合理性.将所提方法应用于2013年芦山7.0级地震周边区域,分析了这一地区的强震台站的场地反应和地震波衰减因子Q_s值.研究结果显示,当采用一个和二个传递台站进行分析时,所能利用的地震事件和所能求解场地反应的台站数目逐步增加,随着数据样本的增加,分析结果趋于稳定.研究区域的Q_s值拟合结果为Q_s（f）=334.16f^0.73.遗传算法结果表明,线性反演法中所选取的参考台站有其自身的场地反应.当利用遗传算法获得的参考场的场地反应去校正线性反演法的结果时,对于多数场地,两者的结果符合得很好,说明了遗传算法的结果可以合理地认为是场地较为真实的反应.

     

区域性场地地震动放大研究及应用

正场地类别的划分国际上大多采用场地地表以下30m的剪切波速vS30指标,场地vS30的测量通常是依靠打钻孔来实现的,然而区域性场地vS30仅依靠打钻孔显然不切实际,为此需要研究较为精确的方法对区域性场地vS30进行估算。vS30是量化地震动的场地放大系数的重要指标,其中场地的放大系数研究通常采用地表基岩参考场地谱比法,在此过程中基岩参考场地     

利用强震记录进行场地反应分析研究综述

场地反应对地震动的影响是地震工程学中最重要的课题之一,一些破坏性大地震的震害资料表明局部场地反应可以大大加剧地面运动和建筑结构的破坏。分析比较了几种常用的利用强震记录来分析场地地震反应的方法,并就国内外研究现状做了总结。在此基础上详细介绍了各种方法的原理、适用性及存在的问题,针对其中的某些问题提出了可能的解决方法。对于场地地震动反应问题的进一步研究具有参考价值。     

利用背景噪声估计华北地区场地放大效应

用噪声互相关函数聚束方法得到中国华北地区噪声源的极值方位和慢度,然后将噪声傅里叶谱在该方位和慢度点进行聚束,并计算得到噪声的频率波数功率谱。将该功率谱作为输入,单台站噪声的自功率谱作为响应,二者的比值可用于计算华北地区相对场地放大因子。计算结果显示:平原地区放大效应明显大于山地地区,而平原地区的场地放大效应与渤海湾盆地沉积层厚度有直接关联。本研究可为计算场地放大效应提供一种可行的途径。     

山东工程场地地震动放大效应初步研究

工程场地岩土条件是影响地震动峰值加速度的主要因素之一.设基岩输入面的地震动峰值加速度为ar,经场地土层反应分析求得的地震动峰值加速度为aks,则场地土层地震动峰值加速度放大因子ks可由ks=aks/ar求得. 作为工程地震学的一个统计量,ks表征场地土层放大综合效应.     

美国地震区划图的新动向——场地效应模型与盆地效应模型

2018版《美国地震危险性图》对地震动模型美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地放大等进行了更新,改善了对美国各地地震灾害的描述,并增强了对美国中部、东部地区与西部地区地震动差异的理解。本文分析并论述了2018版《美国地震危险性图》中美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地效应模型的主要特征,对我国新一代地震动区划图的编制、修订进行了思考。     

场地土对地震波的放大效应

基于几次大地震现象的启迪，分析在盆地效应的作用下，墨西哥城具特殊工程地质性质的软土，放大地震波，增强地震烈度，加重地震灾害。指出强震区场地土条件对地震动特性的影响可导致地基土的卓越周期与建筑物的自振周期产生共振，这一效应使自振周期较长的工程结构在地震力的作用下破损并导致建筑物彻底毁坏。研究震区盆地效应是服务于工程抗震工作的重要方面。     

山东Ⅱ、Ⅲ类场地地震动峰值加速度放大效应分析

利用山东地区实测的Ⅱ类场地358个钻孔和Ⅲ类场地140个钻孔的地震动峰值加速度,计算了各个钻孔不同超越概率的土层地震动峰值加速度的放大系数ks,结果表明:(1)同类场地土层放大系数ks值总体符合正态分布,既有相对集中性,也有离散性;(2)随着基岩面输入地震动强度的增大,ks值降低,且Ⅲ类场地ks值降低较Ⅱ类的更为明显;(3)Ⅱ类场地随着基岩输入面埋深的增加,ks值呈增加趋势,约达20m深后基本趋于稳定,而Ⅲ类场地基岩输入面埋深的增加对ks值的影响不甚显著;(4)Ⅱ类场地50年超越概率10％的平均ks值(1.47)略高于《中国地震动参数区划图》使用的全国平均ks值.本文尝试讨论了山东地区Ⅱ、Ⅲ类场地不同强度基岩峰值加速度输入的ks调整值.     

句容抽水蓄能电站工程场地稳定性及地震动效应研究

本文结合国家重点工程——句容抽水蓄能电站工程的具体情况研究了地震地质条件、地震活动环境及断裂构造对建设抽水蓄能电站工程的影响,研究了场地的稳定性及地形地貌对场地地震动效应的影响。经二维波动有限元分析,主坝坝基处的地震动峰值加速度要比地震危险性分析给出的平坦基岩场地放大11.6％～14．5％,地形地貌对场地地震动效应的影响是存在的,但相对较小,对本工程的抗震设防影响不大。本文研究成果已在工程设计中采用,该成果对其它同类工程也有一定借鉴作用。     

北京地区中硬场地地震动效应研究

依据典型工程场地的地震安全性评价报告,研究北京地区中硬场地地震动效应。首先,统计分析了地震安全性评价结果中的场地地震动放大效应。再利用201个工程场地的钻孔资料进行土层地震反应计算,分析不同地震动输入下的场地地震动放大效应。结果表明,北京地区中硬场地地震动放大效应明显,得到的场地地震动峰值加速度转换系数Ka高于《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）中的值,大震水准下更为突出。因此,如在北京地区直接采用《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）中的调整系数,可能会低估北京地区中硬场地的地震动放大效应,降低抗震设防标准。最后指出,场地地震动峰值加速度转换系数明显具有区域性,应根据详细的场地地震动效应研究结果,合理地确定场地地震动转换系数。     

不同类别场地地震动参数的计算分析

基于188个工程场地计算剖面及场地地震反应分析的等线性化波动分析方法，通过对场地地震反应的计算及计算结果的分析，研究了4类场地条件对场地地震动影响的特点及规律，给出了每一类场地地震动参数变化的经验关系。     

汶川地震远场地震动场地相关性与分析方法评价

为考查远场地震动的场地相关性并评价一些场地特性分析方法的适用性,采用不同方法对汶川地震山东省12个远场台站的强震记录进行了分析.选取台站分别位于按建筑抗震设计规范(CBC)场地划分中的Ⅰ—Ⅲ类场地上.地震动记录的分析方法包括傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比率法,参考点谱比率法,以及尾波分析等.结果表明,按傅里叶幅值谱法,地震反应谱法,水平与竖向谱比法计算得到的卓越周期均远大于台站场地的卓越周期,不同方法得到的结果之间也有较大差别,且主要反映长周期地震动的卓越频率;参考点谱比率法的结果未反映地震动的卓越周期,也与场地的卓越周期差别较大;对完整记录尾波分析所得的结果比较接近场地的卓越周期.希望本文能为考虑远场地震作用时设计谱的建立,以及场地特性估计时地震动分析方法的选取提供参考依据.     

四川地区场地放大系数特征分析及在强地震动模拟中的应用——以2022年芦山MS6.1地震为例

基于四川地区62个强震动台站的场地资料, 依据中国抗震规范及美国下一代衰减的Geomatrix(GMX)场地分类方法将台站场地进行了划分, 并以台站的场地放大系数和高频衰减参数(κ₀)为基础数据, 研究了不同场地类型的场地放大系数平均特征.结果显示, 在中国Ⅱ类场地中, 受狭窄山间谷底地形效应影响, 满足GMX的C类场地在大于10 Hz的高频段有明显放大; 受深厚软弱沉积层影响, 满足GMX的D类场地在小于5 Hz的低频段放大效应显著.考虑震源滑动模型、山区和盆地品质因子差异、局部场地效应, 采用区域内余震平均应力降, 通过随机有限断层法模拟了2022年芦山M_S6.1地震中9个断层距(R_rup)＜100 km的强震动台站的加速度时程、傅里叶振幅谱(FAS)和反应谱(PSA).结果显示, 模拟结果与观测加速度时程的S波部分符合良好.在8 s以下周期范围内模拟与观测FAS和PSA形状和幅值基本一致.较好地模拟结果支持此次地震为2013年芦山M_S7.0芦山地震的一次余震.另外, 模拟结果体现了此次地震在R_rup＜35 km范围内有明显的方向性效应, 与观测数据相符.最后, 考虑各类场地的场地放大系数和κ₀的平均特性, 比较了此次地震中R_rup＜150 km的167个盆地和130个山区烈度台观测和模拟峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV), 以及周期为0.5 s、1.0 s、5.0 s和8.0 s的PSA幅值随断层距的衰减特性.结果显示, 山区和盆地的地震动参数随距离的衰减特性较为相似, 山区和盆地的PGA、PGV强度相当.但是, 在周期大于1.0 s的长周期段, 盆地的反应谱幅值整体上大于山区.

     

地震动强度对场地地震反应的影响

通过对场地地震反应的研究发现,地震动强度不同,同样的场地对地震动的影响也不同,得到的反应谱形状也不同。目前我国抗震设计规范中不同烈度下的设计反应谱形状完全一致,没有考虑地震动强弱对相同场地反应谱形状的影响。     

基于反演基岩地震波的场地调整系数估计

基于KiK-net台阵中73个台站的一维土层模型和从不同地震中筛选的262条地表加速度记录,按照峰值加速度的分档标准和场地分类原则,将这些记录分成了28组.采用一维土层地震反应分析的等效线性化方法,反演计算了基岩输入加速度.通过分别计算各组基于有效峰值加速度EPA的场地放大倍数,并得到了各类场地的有效峰值加速度的调整系...     

汶川地震强余震场地非线性反应

采用汶川地震强余震26个强震动台站记录,基于H/V谱比法,计算台站场地的强、弱震作用下场地卓越频率之比R_(fp)和体现强、弱震作用下场地H/V谱比曲线差异程度的DNL,进而识别并分析场地非线性反应特征。结果显示,R_(fp)、DNL与PGA之间存在显著相关性;其中10个台站出现明显的场地非线性反应特征;大部分台站发生场地非线性反应的PGA阈值为100 cm/s~2,部分为50 cm/s~2;实例证明,因某些台站不易通过H/V谱比法识别场地卓越频率,因此采用R_(fp)识别场地非线性反应具有一定局限性。     

工程场地地震动相干函数的数值模拟

在确定性波动有限元分析基础上,结合随机振动分析的虚拟激励原理,可以形成工程场地随机波动分析方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为多个虚拟激励下的确定性波动分析组合问题,从而可以方便地获得场地波动观测量之间的谱密度矩阵,进而计算给出工程场地的地震动相干函数。本文阐述了随机波动分析的基本原理,提出了该方法的正确性验证标准。将建议方法分别应用于具有一致随机激励与非一致随机激励的复杂工程场地的地震动相干函数分析之中,讨论了受局部场地条件影响的地震动相干函数的若干特征。     

Initiation of earthquake-induced slope failure: influence of topographical and other site specific amplification effects

Increased structural damage caused byearthquakes on hilltops and along ridgeshas often been related to amplification ofground motion due to the presence oftopography. However, comparison betweenobservations and numerical modeling hasshown that amplification is only partlydependent on the prominent surfacemorphology. Strong effects are also inducedby soft layers, such as weathered rockmaterial or colluvium, covering thetopographies.Numerous seismically triggered landslidesare reported to occur in the same materialsthat are likely to amplify ground motions.Therefore, it can be suspected that groundmotion dynamics significantly contribute tothe observed slopes failures. Thispotential relationship is the subject ofthe present case study, the Ananevorockslide in the northeastern Tien Shanmountains. The survey included geophysicalprospecting, earthquake recordings andstructural analyses of the rock fabric. Onthe basis of the field data, observedamplification effects could be related tothe local geological conditions andparticularly to the surface morphology andto the presence of low-velocity layers –deeply weathered rocks – on the top of thebedrock. Surface layer- andtopography-dependent amplification has alsobeen studied numerically by 2D and 3Dfinite element modeling of ground motiondynamics. The present paper focuses onadditional effects that may be induced bythe presence of a fault zone and of thelandslide scarp. Further, observed andcomputed ground motion dynamics areconnected with slope failuresusceptibility: 2D numerical simulationsreveal that strain localization is closelyrelated to wave amplification in surficiallow-velocity layers, particularly belowconvex surface morphologies.     

Preliminary site classification of free-field strong motion stations based on Wenchuan earthquake records

During the great Wenchuan earthquake, about 460 permanent free-field stations in National Strong Motion Observation Network System (NSMONS) of China captured the main shock acceleration records. These records can be applied to site effect analyses, and then the site classification of those permanent stations can be carried out firstly, which will served as the fundamental information for further research. In this paper, the site of near-fault stations is classified by horizontal-to-vertical spectral ratio (...