海神应无恙 当惊世界殖 ——访台湾海峡隧道构想者吴之明教授

去冬今春以来,建设台湾海峡隧道的话题成为舆论的热点。各种新闻媒体竞相报道,海内外华人反应强烈。《海洋世界》编辑部就收到许多读者的来信、来电,要求介绍“台湾海峡隧道”的情况。为此,本刊编辑部派记者弟增智、金星宇专门采访了清华大学2 1世纪发展研究院台湾海峡隧道论证中心主任吴之明教授。现将采访内容如实奉上,以飨读者。     

地震动相位特性的研究

本文首先从理论上确立了地震动的相位谱和相位差谱的定量关系,指出了相位谱与相位谱主值的本质差别,说明了地震动的相位信息是构成地震动强度和频率非平稳特征的主要因素。在改进量度地震动相位谱方法的基础上,从理论上阐明了在工程上感兴趣的地震波宽频带内,地震动相位谱和幅值谱一样具有规律性。本文的工作表明目前模拟低频地震动的工程方法尚需改进。     

单自由度系统地震动力反应的实时计算方法

本文对计算单自由度系统地震动力反应的频域方法和时域方法进行了分析比较。说明了目前时域方法所存在的问题,指出寻找一种在计算精度上与频域方法等价的时域算法是一个值得研究的重要课题。据此,本文提出了一套能较精确模拟单自由度系统传递函数的时域方法。其计算格式采用具有较高计算效率的递归格式。理论分析与数值试验表明,该方法具有精度优于其他时域算法、速度快的特点,可应用于强震观测台网中强地震动参数的实时计算。     

ANSYS/LS-DYNA在地震工程中的应用

近年在国内很流行的大型通用程序ANSYS不但具有强大的前后处理功能、丰富的单元类型和材料库,而且该软件中有一个LS-DYNA模块采用了粘性边界（viscous boundary）来模拟无限域的影响,从而可以方便地、较准确地进行地基动力作用分析.国外利用ANSYS/LS-DYNA进行地基动力作用分析非常普遍,而国内还未见到将ANSYS/LS-DYNA用于地震工程.本文将介绍如何利用ANSYS/LS-DYNA进行地基动力作用分析,同时,由于软件中用于模拟无限域的粘性边界精度较低,本文提出采用精度较高的粘-弹性边界替换粘性边界,从而改善了计算结果.     

关于匀变速扩展的矩形断层的远场辐射理论

本文研究了断裂以匀变速扩展时的矩形断层所辐射的远场位移。求出了谱Fcm(ω),以及给出了位移因子 f_cm(t) 的解析表达式井指出 f_cm(t) 可由特殊函数类表出。本文假定破裂速度是时间的分段函数。     

考虑多因素衰减的陆域大容量气枪震源子波模拟及其影响要素分析

建立针对大容量气枪震源的气泡振荡方程及压力子波方程,引入多个对模拟结果具有重要影响的修正因子,包括基于开口的热力学模型、枪口节流作用、蒸发冷凝、枪体影响、气体释放率等来改善传统的单枪压力子波计算方法。利用模型及与水库实测的子波比对结果,分析各修正因素对子波模拟的影响,通过改进的单枪信号进一步计算大容量枪阵的压力子波。对比改进的模拟方法预测的子波波形与实测信号,结果显示,改进的模型比原有模型能更好地模拟单枪和枪阵的震源子波。最后,分析了模型产生模拟误差的原因。     

烈度仪用于地震预警的可靠性研究——以高雄MS6.8地震为例

以2016年2月6日我国台湾高雄M_S6.8地震中烈度仪观测网的实际记录为研究对象,通过对烈度仪台站的震相捡拾结果精度、峰值地震动衰减关系适用性、预警震级计算结果准确性等3方面的对比分析,研究了烈度仪用于地震预警时的优势和可靠性,并讨论了可能存在的问题和风险.研究结果表明:对于震中附近具有较高信噪比的烈度仪台站,采用现有震相捡拾方法即可获得较准确的震相到时信息;现有的地震动衰减关系并不完全适用于烈度仪台网,直接应用这些关系式时存在一定风险;基于密集布设的烈度仪观测台网,在较短时间即可获取大量信息,采用已有预警震级估算方法的计算结果有较高的准确性.      

烈度仪记录与强震及测震记录的对比分析以2015年河北昌黎ML4.5地震为例

以2015年河北昌黎M_L4.5地震中测震、强震及烈度仪台站记录到的事件波形为研究对象,通过对比分析挑选的两组观测台站的记录波形以及不同台站的噪声记录特征,获得了烈度仪台站观测记录能力及特点的认识.结果表明:烈度仪台站产出的记录在部分频段 (1—10 Hz) 与传统强震台站、测震台站均有较好的一致性,但在中长周期部分存在较大差异;在相同观测频带 (0.1—10 Hz) 下,由烈度仪台站记录积分得到的速度时程、位移时程也与强震台站、测震台站的观测结果具有良好的相关性,说明烈度仪台站产出的加速度记录具有一定的可积分性;烈度仪台站记录的噪声水平远超出强震台站和测震台站,基本为仪器自噪声,不包含天然地脉动成分.此外,由于本研究所用的烈度仪采用了16位的A/D转换器,对震相到时的精确拾取产生了不利影响.综上,本文认为烈度仪台站较适用于中强地震的近场观测.      

基于反向传播神经网络的闽台ML震级偏差分析与修正

选取我国台湾地区2012—2018年期间的浅源地震资料,将台湾气象局与福建地震台网中心测定的M_L震级进行对比分析,得出两机构测定的震级之间的差异主要是受地震震级大小、震源深度、震源地理位置等因素的影响,并采用线性回归方法对两机构测定的M_L之间的模型关系进行拟合。与此同时,引入反向传播神经网络技术对两机构测定震级之间的偏差进行预测训练,构建4?9?9?9?4的五层网络模型,利用2012—2017年台湾震例作为训练集进行学习训练,2018年数据作为测试集进行预测效果分析。测试结果表明,经过反向传播神经网络修正后,震级偏差较大改善,基本都控制在[?0.4,0.3]之内,预测效果优于传统的线性回归方法,特别是对多震、少震区域震例的修正效果更为显著,进一步验证了反向传播神经网络技术具有较强的非线性拟合能力和泛化能力。      

气枪信号触发台站的自动快速识别

气枪震源是高度可重复的人工震源,在深部探测工作中应用广泛。以福建省地震局组织开展的水库气枪实验为研究对象,面向未来技术的发展,提出基于气枪激发波形的相关性计算,自动获取气枪信号触发台站情况,并绘制触发台站的分布图。对处理结果分析认为:该方法能快速准确识别触发台站,可迅速作出分布图,直观地反应气枪激发效果,较好地为实验现场实验条件的调整提供依据。