汶川地震中强震动台基墩引起的记录异常分析

自由场地上的强震动记录是研究地震动衰减规律、制定抗震设计规范等的基础数据,因此,强震动记录是否可靠至关重要,将直接影响相关的统计分析结果.在汶川地震中,宜宾高场强震动台记录了一组3分量加速度记录,其中东西向峰值加速度为101.2cm/s2,南北向峰值加速度为122.1cm/s2,垂直向峰值加速度为94.4cm/s2.加速度时程图示结果表明记录曲线呈现明显的不对称,尤其是垂直向更甚.此外,较之附近其它强震动台峰值加速度明显偏大.本文针对这一异常记录进行了分析,并通过现场实验、振动台实验和数值模拟分析了异常产生的机理.结果表明,记录异常是由仪器墩的放大作用和碰撞效应引起的.放大作用起因于仪器墩高宽比过大,而运动中的仪器墩底部接触碰撞使地震动记录呈现显著的不对称,即"瀑布"现象.

分区优化核电站抗震设计谱

以集集地震B类场地(相当于基岩场地)的强震记录为基础,通过分析v/a和ad/v 2(a、v和d分别为地面峰值加速度、速度和位移)的取值及其随地面峰值加速度的变化规律,提出考虑变化的拐点周期值,以实现不同地震动反应谱使用其自身的地面峰值标定.讨论了伪加速度放大系数谱、伪速度放大系数谱和相对位移放大系数谱在所研究的周期范围内的变异性.研究了3类放大系数的概率分布情况,并发现认为放大系数谱值服从对数正态分布的假设存在不妥之处.基于前面分析和讨论,推导出了在不同周期段采用不同放大系数的分区优化标准反应谱,该反应谱具有比现有规范中的设计谱更为一致的概率意义.将此设计谱与各规范中的设计谱作比较,提出了修改我国核电规范中设计谱的参考意见.

滦县M_L=4.8地震的局部多台数字记录

据中国数字地震台网测定,2004年1月20日16时34分11.9秒在滦县发生了ML=4.8的地震,震中位于东经118.77°,北纬39.71°,震源深度H=10km。尽管地震造成的破坏轻微,但有感范围较大,在秦皇岛市、青龙县、北京市、廊坊市、天津市等地均有震感。这次地震使震中及其附近地区的5台数字强震仪触发,记录了5组3分量数字加速度记录。本文对这次地震事件、地震地质概况作了简要介绍,并就台站(阵)基本背景资料、数字强震仪主要技术指标作了详细说明。最后,对获取的15条数字加速度记录作了初步处理分析,如基线校正、加速度峰值计算、傅里叶谱及反应谱计算等。

用Nakamura方法评估北京地区场地效应

传统的评估场地效应的经验转换函数方法需要有一个小孔径台阵,布设若干地震计,其中须有离软土台不远的基岩台,但因北京市位于很大部分无基岩出露的大面积平原地区,所以无法实现。我们用Nakamura方法对北京地区进行场地效应评估。北京市"十五"期间建立了数字地震观测台网,位于不同场地上的强震观测点清晰完整地记录了若干有感地震。本文利用近场地面自由场强震三分向地震记录,通过Nakamura方法研究了北京地区的场地效应。并与1679年三河-平谷MS8.1地震时北京地区实际遭受的宏观地震烈度相对比,结合北京地区的地下结构进行了分析。结果表明,用Nakamura方法所获得的反映震害的指标(Nakamura谱比率)有3个高值异常区,分别在北京东北部的怀柔县(值11.1)、北京昌平区西部(值10.1)和市中心区(值8.1),这与三河-平谷MS8.1地震时实际震害和观测点的地下局部构造基本一致。说明Nakamura方法在与北京地区地质构造类似的城市(平原、第四纪沉积层覆盖)如上海、成都、天津具有推广应用价值。我国正在建设大量自由场、数字化、宽频带、大动态强震观测点,该方法对于工程安全性评价具有一定的应用前景。

近场强震动记录基线校正方法的振动台实验研究

为了获取近场永久位移,通常采用基线校正方法,对近场加速度记录进行基线校正并积分得到永久位移值,但这一结果主观性较强,其可靠性也往往缺乏验证。为了解决这一问题,本文提出了一种能产生包含永久位移振动过程的振动台实验方案,采用振动台加滑动机构的方法,模拟记录到永久位移台站测点的真实振动情况;在实验中分别采用加速度计、摄影测量方法分别直接得到加速度和位移时程,对加速度时程进行基线校正并积分得到位移时程,将其与直接获得的位移时程进行对比,以验证采用基线校正方法的有效性。实验结果表明,在实验室条件下采用现有的基线校正方法校正后,通过积分能得到可以接受的位移时程。

强震加速度记录的数字化误差分析及消除误差的方法和软件

详细地分析了用数字化仪和激光扫描仪对模拟加速度记录进行数字化时所产生的误差及消除这些误差的方法和软件。数字化误差由数字化设备的系统误差和读数员在操作过程中的随机误差迭加而成,随机数字化误差是具有各态历经性质的,其振幅按高斯规律分布的平稳随机过程,在其频谱组成中,数字化仪比扫描仪的长周期分量占明显的优势。因此,将对含有噪声的加速度记录进行二次积分计算得到的位移曲线产生严重影响。特别是利用激光扫描仪做强震记录数字化,工作效率大大提高。

强震地面运动的频域物理模型研究

基于Fourier变换的时频域信息等价性,在频域内建立了强震地面运动的物理模型.地震动的频域物理模型分为2个部分,即基于理论物理关系的Fourier幅值谱模型和基于经验物理关系的Fourier相位谱模型.以单质点体系运动方程为基础的Fourier幅值谱模型反映了强震记录的幅值特性;以相位差分布为基础的Fourier相位谱模型以确定性的显式形式建立了相角与频率的映射关系,能较好地反映原始记录的波形结构.合成的人工波与实际强震记录对比,证明了模型的正确性.

消除强震加速度记录数字化误差的方法和处理软件

本文详细地分析了用数字化仪和激光扫描仪对模拟加速度记录进行数字化时所产生的误差及消除这些误差的方法,并开发了相关处理软件。数字化误差由数字化设备的系统误差和读数员在操作过程中的随机误差迭加而成,随机数字化误差是具有各态历经性质的、其振幅按高斯规律分布的平稳随机过程。利用激光扫描仪做强震记录数字化,工作效率很高。本文给出了激光扫描仪分析处理软件和消除数字化噪声实例。

近场强震动记录基线校正方法

强震动加速度记录特别是近场强震动记录中经常会出现基线偏移的现象,加速度记录中的微小基线偏移会导致积分获得速度和位移时程产生不合理的非物理特征.本文详细地分析了低频误差和地面的倾斜或旋转对原始加速度记录积分获得的速度和位移时程的具体影响,讨论了近场强震动记录基线校正的准则.针对低频误差引起的基线偏移,论述了应用最广泛的高通滤波方法的基本原理,讨论了滤波器的选择、非因果滤波的加零填充、余弦渐变平滑零填充部分和加速度记录的过渡带、非因果滤波截止频率的选取标准以及去除零填充后如何避免获得的速度、位移时程和加速度反应谱值不兼容的问题.针对地面倾斜或旋转引起的基线偏移,论述了Iwan两段式基线校正方法的原理,以及基于Iwan方法开发和改进的基线校正方法的研究进展,并指出各种方法存在的问题.说明了对于不同地震尺度的近场强震动记录基线校正方法的选择.在没有可用的方法可以量化不同误差来源的贡献以及无法同时测量六个分量的强震动记录(三个平移分量和三个旋转分量)之前,利用大数据分析和机器学习等技术手段,基于Iwan方法原理,从海量的近场强震动记录中自动快速识别出稳定、可靠的强震段和结束段开始时间将是未来的发展方向.