基于深度神经网络的地表地震动幅值预测研究

地震动预测模型是灾害分析和结构设计的重要组成部分,近年来神经网络技术愈发成熟地被应用在该预测模型的开发上,但多为使用地表以下30 m范围内土层等效剪切波速(VS30)作为场地输入参数的单层全连接神经网络模型,忽略了完整土层厚度及剪切波速信息对地震动幅值的影响。本文采用卷积神经网络及全连接神经网络混合模型,选用日本KiK-net台网记录到的3174次地震共计39192条地震动记录,构建了一种基于深度神经网络框架的地表地震动幅值预测模型。该模型的输入参数为震级、震源深度、震中距、场地各土层厚度、剪切波速信息和井下地震动幅值,输出为相应的地表地震动幅值(PGA或PGV或PGD)。对模型进行训练并计算其各项评价指标予以评估,结果表明:(1)该混合神经网络模型的决定系数超过了0.85,模型残差服从正态分布,均值残差接近于0,模型表现出无偏的特性。(2)与现有经验公式相比,混合网络模型的PGA、PGV和PGD预测精度分别提升约26.9%、16.5%和11.6%。与使用VS30作为场地参数的全连接神经网络模型相比,该框架下模型预测值与真实值的Person相关系数及各项评价指标均有所提升,模型残差的均值和标准差更小,PGA、PGV和PGD模型预测精度提升约6.3%、3.9%和3.4%,能更好地对地震动幅值进行预测。

近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。

地震动加速度幅值对土坡失稳后滑坡体大小及致灾范围的影响

地震滑坡的致灾范围是判断滑坡能否会对已有建构筑物造成损失、确定预警疏散范围的重要依据,因此对地震土坡破坏后的滑坡体大小和致灾范围进行研究具有重要的意义。本研究基于SPH动力分析方法,结合弹塑性本构模型和固体力学控制方程建立了地震土坡破坏的动力分析模型;通过设置振动边界粒子和自由场边界粒子,实现了地震动加速度的施加以及自由场边界的模拟。利用提出的SPH动力分析方法,对已有的振动台土坡试验进行了模拟,获得了与试验相似的土坡滑动形态,验证了SPH动力分析方法的准确性和精度。此后,设计了不同坡度土坡的计算案例,考虑地震动加速度幅值的影响进行了SPH动力分析,得到了各种工况下地震土坡失稳后滑坡体的大小和致灾范围。模拟结果表明同一土坡在不同地震动幅值作用下存在相似的滑动面,且潜在滑动区域随着地震动幅值的增大而增加;随着坡度的增大,土坡在不同地震动加速度幅值下的稳定性均呈现下降趋势,致灾范围变大,但滑坡体的区域面积却在减小。

地震动特性对地铁车站结构影响分析

为了分析地震动幅值特性对于地铁车站抗震性能的影响,文章根据北京某地铁车站为分析对象,通过使用ABAQUS有限元软件进行三维建模,模拟了四种地震动幅值变化时地下结构与周围土体的三维地震反应,系统分析了地铁车站结构地震反应的空间效应与永久变形规律。结果表明:在地震作用下车站结构的柱顶以及柱底、车站顶板四个角点处的破坏最先产生;车站中柱较边柱的纵向地震反应更强烈,永久变形大;通过比较地震动位移、速度、加速度最大时刻结构变形,并与结构变形最大时刻对比,可知地震动位移对于地铁车站结构的变形影响较其他因素更大。

地面运动强度参数的选择对结构地震反应的影响研究及其现状

在基于性能的地震工程学中,采用地面运动强度参数(IM)来量化工程场地的地震活动性。一个理想的IM应该包含足够的关于地面运动特性的信息,可以将地面运动强度水平与结构地震反应水平有效地对应起来,还必须考虑到在地震工程学中,通过概率地震危险性分析进行地面运动危险性水平计算的可行性问题。因此,合理地选择IM,可以更加准确地预计在特定地震灾害环境下结构可能遭受到的最大破坏以及破坏规律,显著提高概率地震需求模型、工程需求参数危险性曲线以及易损性曲线等的精确性和计算效率。

组合设计谱确定新方法研究

设计谱是各类工程结构抗震设计的基本依据,合理的设计谱取值事关抗震结构的安全性和经济性。针对组合三联设计谱传统标定方法中存在的问题,基于世界范围内最新的强震记录,对相关的地震动参数和反应谱进行了分析研究。统计中采用加权平均代替算术平均计算地震动幅值间的关系,使设计地震动幅值的确定更具合理性;提出了一种随周期(T)连续变化的规准化参数分别用于设计谱加速度、速度和位移控制段的标定,解决了组合设计谱各区段分别采用三个固定参数(PGA、PGV、PGD)标定时带来的不连续问题;将改进的设计谱与其他方法设计谱进行了比较。最后通过离散性分析和有效性检验验证了新标定方法的可靠性。