基于光子计数探测器的能谱CT的研究

本文的目的是评估光子计数探测器对CT成像的性能的影响,我们对一款基于碲锌镉(CZT)的光子计数探测器进行了性能测试,并搭建一个成像平台。首先对探测器系统进行能量增益的校正以及坏像素点校正,以减少探测器响应的不均匀性对CT成像的影响。然后对探测器进行能量-阈值标定,以确定探测器的工作能量阈值。最终搭建成像系统,对X光能量分别大于36和45keV的数据,获得了模体的重建结果,并对结果进行了分析。      

不同支座布置下组合基础隔震结构能量反应分析

通过对5种不同支座布置方案的组合基础隔震结构施加不同场地条件下的双向水平地震波,研究了场地类别和地震波加速度峰值及支座布置方式对结构总输入能量的影响,并进行了耗能分析。结果表明,随着地震波峰值的增大,结构总输入能量增大;相同地震峰值条件下,场地土越软,总的输入能量越大;组合隔震结构应用于软土场地时隔震层滞回耗能比更大,隔震效果更好;组合隔震结构两种支座中选择分散布置方案时,隔震层耗能比更大,隔震效果优于支座集中布置方案。     

内蒙古地区场地响应区域特征分析

本文以内蒙古地区台站分布、地质构造和地震活动性为基础,将内蒙古的大部地区划分为三个研究区域分别进行了场地响应研究。对近几年积累的大量ML≥3.0级以上地震,共计39个台站记录到的124次地震事件的785条波形,根据S波的观测振幅谱,采用遗传算法分别反演了三个区域的介质非弹性衰减系数和台站场地响应,并对其进行了讨论。本文得到的介质衰减模型和台站场地响应,将对台网测定ML震级需要考虑的量规函数、台站校正值等提供重要参考。研究结果表明:除个别台站存在场地放大或缩小的响应外,绝大多数台站的场地响应表现出一定的区域性特征;西部区域(除极个别台站外)对高频存在明显衰减;中东部区域对整个频段的反映都比较稳定;东部区域对整个频段存在明显放大,这与该区域覆盖层厚度大相吻合。     

2015年4月25日尼泊尔廓尔喀M_S8.1级地震强地面运动

2015年4月25日尼泊尔廓尔喀地区发生MS8.1级地震,本文分析了加德满都强震台站的强地震动记录特征,其水平向地震动表现为明显的脉冲地震动,脉冲周期约为6.0s,反映了近场地震动的方向性效应;处于深厚沉积层上的加德满都谷地对地震动有一定的放大作用,且主震的场地峰值频率向低频段偏移,出现明显的场地非线性反应;采用随机有限断层方法模拟的空间地震动分布与宏观地震烈度图符合较好,可以为分析宏观震害提供参考;通过与尼泊尔设计反应谱对比,得出在短周期与长周期段,加德满都台站的水平向地震动的反应谱远高于设计反应谱,说明即使严格按照尼泊尔建筑抗震规范设计施工的建筑结构也难以抵御此次地震的破坏。     

复杂下垫面地表土壤热通量算法改进:以黑河流域为例

地表土壤热通量是地表能量平衡的重要组成部分,对地表蒸散发的估算至关重要.利用土壤温湿度廓线观测资料基于热扩散方程计算地表土壤热通量,并通过冻土融化前后土壤液态水含量变化估算土壤含冰量,分析了土壤含冰量对土壤热通量的影响,旨在分析黑河流域典型下垫面(高山草地、农田和森林)地表土壤热通量的时空变化特征.研究结果表明:(1)黑河流域不同下垫面的地表土壤热通量有明显的日变化差异,日最大值时刻提前净辐射通量几分钟至几小时不等,这与土壤质地、湿度、热属性和植被覆盖度有关;(2)净辐射通量有显著的季节变化,一般夏季达最大值,冬季最小,地表土壤热通量也有明显的季节变化,但并不总是与净辐射通量变化保持一致,春季达最大值,夏季由于植被覆盖的原因反而降低;(3)地表土壤热通量占净辐射通量的比例因季节及下垫面不同而有差异,1月份月平均比值分别为:阿柔25.6%、盈科22.9%和关滩4.3%,7月份月平均比值分别为:阿柔2.3%、盈科1.6%和关滩0.3%;(4)冬季考虑了冰的热容量使得土壤热容量增加,土壤热存储增加,从而由热扩散方程计算的地表土壤热通量增加,使得能量平衡闭合率提高了4.3%.     

青海玉树隆宝高寒湿地近地面能量收支状况研究

基于青海玉树隆宝湿地2011年10月-2012年9月气象观测数据, 利用组合法计算其近地面的感热通量和潜热通量, 进而分析近地面能量收支状况. 结果表明: 隆宝湿地太阳辐射资源充足, 达6 770.8 MJ·m^-2, 受积雪影响, 冬季日反射率最高可达0.93; 11月和12月地面吸收的90%以上短波能量以辐射形式传给大气, 而6月份则不到30%. 地面全年以净辐射和土壤热通量吸收能量, 其中, 77%以潜热形式支出, 23%以感热形式支出, 但各月能量收支特征与之有所不同.     

动剪切模量比对反应谱影响的定量分析

动剪切模量比的不确定性会对场地地震反应计算的结果产生较大的影响,而目前对这种影响的研究多限于定性分析,笔者利用渤海海域典型场地对这一影响进行定量分析。首先,建立了土层地震反应计算模型;然后,在不改变影响土层地震反应计算结果其他参量的前提下,赋予了原动剪切模量比一系列偏差并求得了场地反应谱的变化;最后,得到了反应谱对动剪切模量比的敏感度。结果表明:1)在动剪切模量比曲线增大(或减小)后,在基准反应谱的特征周期附近,存在一个反应谱相对于基准反应谱由增大转变为减小(或由减小转变为增大)的转变点。2)在概率水准2和3下:反应谱平台段对动剪切模量比的敏感度最高,其值基本上分布在1.0~3.0;反应谱下降段的敏感度绝对值随着周期的增大先迅速增大后逐渐趋于0,最大值达1.0以上;反应谱上升段的敏感度分布平稳,其值多分布在1.0~2.0。     

基于谱元法的玉田震害异常研究

玉田低烈度异常区位于河北省玉田县的中北部地区,该区在1679年三河—平谷8.0级特大地震和1976年唐山7.8级大地震中都表现出了明显的低烈度异常现象,是典型的低烈度异常区。唐山大地震以后,国内外众多学者对其异常的原因进行了较为深入的研究,取得了丰富的研究成果。作为一种探索,本文在已有研究成果的基础上,采用谱元法对异常原因进行了更为深入的研究。谱元法属于广义有限元法,是一种新的地震动数值模拟方法,具有计算精度高、收敛快以及易于实现并行运算等优点,用其进行数值模拟计算能大大减少内存需求和计算时间。近年来,该法取得了较快的发展,目前已成为进行大尺度、复杂地质结构模型地震动数值模拟分析的重要工具。破坏性地震震害异常机理的探索是进行场地条件对地震动影响研究的核心问题之一。本文为震害异常机理的研究提供了一种新的方法,这一工作对促进震害异常机理以及场地条件对地震动影响的研究具有重要的理论和实际意义。本文在对震害异常产生原因和研究进展进行详细归纳和总结的基础上,通过对玉田低烈度异常区已有研究成果和收集资料的分析,重点从基岩地形和土层特性两个方面,对玉田地区3个计算剖面的地震动反应进行了谱元法模拟,研究了玉田低烈度异常区的异常机理,得到了若干有意义的结论。本文取得的主要研究成果如下:(1)建立了玉田地区105m深度内的土层波速结构模型。根据收集的68个钻孔数据,从钻孔深度、覆盖层厚度、土层剪切波速以及场地类别4个方面对玉田地区土层的波速特性进行了详细分析,拟合得到了黏性土、砂土和碎石土剪切波速随深度变化的经验公式,再结合不同土层的波速特征,以平均剪切波速作为分类指标对玉田地区的土体进行了分层统计,建立了该区105m深度内的土体波速结构模型。(2)研究了基岩地形特征对地表地震动强度的影响。在对简单基岩凸起模型理论分析的基础上,通过对简单基岩地形模型的谱元法分析,从多个方面探讨了基岩凹陷或凸起地形对地表地震动强度的影响。结果表明,基岩凹陷或凸起地形的存在改变了地震波的入射角度,在使其出现多次折射与反射现象的同时,也使传播至凹凸变化区域的地震波向内汇聚或向外发散,从而导致与该区域相对应地表处的地震动强度整体得到加强或减弱,形成地震动强度相对增强区或减弱区。地震动强度相对增强区的范围较基岩凹陷区小,两者的比值随着基岩凹陷地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐减小。地震动强度相对减弱区的范围较基岩凸起区大,两者的比值随着基岩凸起地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐增大。(3)研究了玉田地区基岩地形对震害异常的影响。通过对玉田地区3个剖面6个基岩地形模型的谱元法分析,探讨了各剖面中基岩地形的变化对地表地震动强度的影响。结果表明,玉田地区地表地震动的强度受基岩地形凹凸变化的影响,且这种影响在玉田地区的南北方向上表现得较为明显。玉田县城下基岩凸起地形的存在,降低了城区内大部分区域的地震动强度,形成了地震动强度相对减弱区;而县城以北区域下基岩槽形洼地的存在,则增大了该区的地震动强度,形成了地震动强度相对增强区。相对增强区内的地震动强度为相对减弱区的2倍左右。地震动强度相对减弱区与震害异常区相对应,且其范围较基岩凸起区大。(4)研究了玉田地区土体对震害异常的影响。通过对玉田低烈度异常区内外土体模型的谱元法分析,从地震动强度和频谱特性两个方面,探讨了同一地震作用下异常区内外土体地震动反应的异同。结果表明,在0~105m的深度范围内,玉田异常区内外土体的地震动强度相差不大,且都具有大致相同的频谱特性。异常区内外土体对较低频段(异常区内为0.67~3.17Hz,异常区外为0.67~2.94 Hz)地震波都具有明显的放大作用,而对高频段(6 Hz左右)地震波则都具有一定的吸收作用,并且这种放大、吸收作用在水平方向上表现得尤为明显。(5)研究了玉田地区基岩地形和土体对震害异常的共同影响。通过对玉田地区3个实际剖面的谱元法分析,综合分析了基岩地形和土体对震害异常的影响。结果表明,基岩地形与土体的共同作用,在增大地表地震动强度的同时,更显著地加强了基岩凸起(凹陷)地形对地震波的发散(汇聚)作用,表现出了明显的低烈度异常现象。低烈度异常区的范围较基岩凸起区大,但与震后现场调查得出的0.2等震害指数包线相比,其在南北向的范围较小,东西向则相差不大。综上所述,在合理考虑介质各向异性、地质构造背景以及场地条件等多种影响因素的前提下,建立正确的计算模型,利用谱元法进行震害异常机理研究是可行、有效的。玉田低烈度异常区的出现,是基岩地形与土体共同作用的结果。其中,玉田地区基岩地形的凹凸变化,在加强玉田县城以北区域地震动强度的同时,也降低了玉田县城内大部分地区的地震动强度,从而使县城内大部分地区的地震动强度相对更低;玉田地区深厚覆盖层的存在,导致土体的卓越频率主要位于较低频段,这与唐山地震时区内建(构)物自振频率较高的特点正好相反,避免了共振现象的产生,降低了玉田地区建(构)物的破坏程度。基岩地形和土体的共同作用,使玉田城区内大部分区域的震害程度相对更低,从而形成了典型的低烈度异常区。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448 条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312 个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

江苏及邻近地区地震视应力特征研究

采用江苏省数字地震台网记录的地震波形资料,利用震源位移谱低频水平与拐角频率计算了2000~2010年江苏及邻近地区561个ML≥1.5中小地震视应力值。结果显示,江苏及邻近地区的地震视应力平均值为0.91 MPa,与中国大陆的平均水平相当。视应力与震级无明显的线性关系,在震级相对较大时表现出一定的高震级对应高视应力的特点。视应力高值地区主要集中在江苏中部至南黄海海域,次高值集中分布在郯庐断裂带中南段的苏鲁交界地区、安徽段固镇至定远附近地区和肥东、巢湖一带,反映了以上地区较高的地震活动水平及地壳应力状态。不同区域ML2震级档视应力的差异性基本反映了区域地质环境、构造活动等特征的差异。