非基岩场地地震动转换的适用性分析

基于NGA衰减关系中的场地修正模型,将剪切波速Vs30低于500 m/s的非基岩场地上的强震记录转换为Vs30=500 m/s的等效基岩记录,对等效基岩记录与基岩记录进行了统计一致性的分析,认为这种转换方法在能够保证等效基岩记录和基岩记录的统计一致性的同时,对于记录数量充足的地震能够有效减小地震动分布的离散,而对于记录数量较少的地震,如果有足够数量的等效基岩记录加入,能够改善其由于基岩记录数量不足或分布不合理所导致的不合理的地震动空间分布。这种方法对于以前限于基岩地震动数量不足或分布不合理而无法进行的研究工作,提供了一种增加可用地震动记录的可能。而对于这种方法的不足和今后需要完善的几个方面问题,也进行了初步的讨论。

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用

本文采用有限元方法研究基岩上均匀场地中透镜体对地震动的非线性放大作用,分析非线性放大作用和线性放大作用的差别,以及透镜体埋深、宽度、厚度以及输入地震波幅值和频谱等因素对非线性放大作用的影响。研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的非线性放大作用,该放大作用可达30%;非线性放大作用一般小于线性放大作用;透镜体宽度对地表加速度反应谱的影响较大,埋深和厚度对地表加速度反应谱的影响较小;输入地震波幅值和频谱也有很大的影响。

层状弹性场地基岩斜入射地震动二维反演

提出了层状弹性场地基岩斜入射地震动二维反演的一个方法,方法利用土层和半空间的精确动力刚度矩阵,根据地表某一点的水平和竖向两个地震加速度记录,进行基岩地震加速度时程和入射角的反演,并以SV波二维斜入射为例对方法进行了验证。研究表明,根据水平和竖向两个地震加速度记录可以进行基岩地震加速度时程和入射角的准确反演。同时,对文献中仅根据地表水平加速度记录进行基岩面水平地震动的一维反演方法进行了误差分析,研究表明,一维反演因忽略了波型转换,在模型上存在一定的误差,且误差随着实际地震动斜入射角的增大而显著增大。

基岩上均匀场地中透镜体对地震动的影响

采用有限元方法研究了基岩上均匀场地中透镜体对地震动影响的基本规律,分析了含透镜体的场地与不含透镜体的场地对地震动影响的差别,针对透镜体埋深、宽度、厚度、刚度以及输入波频谱等因素对地震动反应谱的影响进行了研究.研究表明,透镜体的存在对地震动有显著的放大作用,该放大作用可达49.7%;由于透镜体对入射波的散射,会产生竖向加速度,且竖向加速度的短周期成分相对较多;透镜体埋深、宽度、厚度、刚度以及输入波频谱等因素对地震动反应谱具有重要的影响.

深厚软土场地基岩地震动反演——以天津波为例

根据天津波地表加速度记录和相应实测场地钻孔资料,采用等效线性化方法模拟土体非线性,进行了深厚软土场地基岩地震动反演,研究了频率截断对深厚软土场地基岩地震动反演的影响,为天津波地表加速度记录提供了相应的基岩地震动输入。研究表明:不同截断频率情况下,反演得到的基岩地震动峰值和反应谱曲线形状均相差悬殊,但反演后再正演所得到的地面运动与原地表记录相比,加速度时程曲线形状和峰值大小、反应谱曲线形状和峰值大小均非常接近;可根据工程需要对地表加速度记录进行不同频率的截断,反演得到所需强度的基岩地震动。

场地基岩特性对地表地震动参数影响研究

为研究基岩参数对地表地震动参数影响,将工程基岩面以下不同基岩参数进行了工况分类,计算不同工况下地表峰值加速度和特征周期。发现:在工程基岩面(波速500m/s)延伸情况下算得的地表峰值加速度值较工程基岩为岩土界面得的峰值加速度值大,二者差异随着输入强度增加而逐渐减小;在工程基岩面以下土体动力非线性参数选择实际参数即模量比较基岩模量比小、阻尼比较基岩阻尼比大的情况下,在输入地震动强度较小时,两种方式得到的地表峰值加速度差异较小,当输入地震动强度较大时,延伸界面计算的地表峰值加速度较取工程基岩为岩土界面得的峰值加速度值小;基岩剪切波速和动力非线性参数的选择方式对特征周期几乎没有影响。从安全角度出发,在场地地震反应分析工作中工程基岩面以下的波速应进行适当的延伸。

基于震源机制且考虑场地土分层差异效应的多点地震动:理论与程序开发

结合前人工作,首先形成了适用于我国目标场地的基于震源机制,且考虑局部场地效应的地表多点地震动具体生成途径,包括:(1)依据随机振动理论建立能够反映包含多个土层在内的局部场地整体过滤效应的传递函数,(2)基于本文作者改进的过滤函数而得到的适用于我国目标场地的基岩谱,进而通过分区建立局部场地的整体传递函数以反映不同场地土之间的差异性,(3)在前人工作基础上考虑了场地的非平坦性因素,(4)为了程序编制方便,给出了多土层过滤后相位角变化的显示表达式;然后,依据上述理论框架成功实现了程序MEMSV2011.6(Multi-support Earthquake Motions Simulation Version 2011.6)的编制和可视化运行,该程序可直接生成界面图形并输出数据文件,具体功能包括:设置震源参数、分区输入土层参数、计算并显示土层传递函数、设定非平稳参数、调控频率、生成多点地震动时程、验证多点地震动间的相干性以及拟合规范(桥梁、建筑和电力设施)反应谱等;最后,以一桥梁土层为算例,利用该程序生成了目标场地基于震源机制的地表多点地震动,并分析了地表地震动对场地土和震中距因素的敏感性。本文内容具有坚实理论基础和实用性,可直接为工程提供参考。

山丘谷地交错场地上多点地震动模拟研究

对山丘谷地交错场地上多点地震动的模拟进行研究。介绍了平坦场地上多点地震动模拟方法。提出了基岩地震动功率谱选取方法,即运用迭代方法从基岩反应谱得到基岩功率谱。利用基岩相干函数,给出山丘谷地交错场地上多点地震动模拟的方法。针对一算例进行分析,生成了山丘谷地交错场地上多点地震动时程曲线,并比较了模拟点的功率谱与目标功率谱吻合程度。该研究成果可为山丘谷地交错场地上大跨度结构地震反应分析输入地震动的确定提供依据。

复杂地形场地上多维多点地震动模拟研究

研究了复杂地形场地上多维多点地震动的模拟。将基岩加速度反应谱转换成相应的功率谱,介绍了多土层多维地震波的传播理论和基岩相干函数的选取。利用基岩功率谱与相干函数,给出了复杂地形场地上多维多点地震动的模拟方法。针对一算例进行分析,得到了非同类多土层复杂地形场地上的三个点地震动加速度时程曲线、功率谱以及不同分量的放大函数,通过比较功率谱和相干函数的吻合程度,验证了研究成果的准确性。该研究成果可应用于复杂地形场地上大跨度结构的多维多点地震动的分析。

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(vs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0.35m/s2、0.70m/s2和0.98m/s2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(vs500m/s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m/s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取vs500m/s2的土层或基岩面作为地震动输入界面。

地震基岩面选取对核岛场地地表地震反应影响

综合各国核电站抗震设计规范对地震动输入界面土层剪切波速取值的要求,以理想化的水平成层软岩场地作为核岛场地,采用等效线性化模型考虑土的非线性动力特性,采用一维波传法研究了地震基岩面的选取对核岛场地地表地震反应的影响,结果表明:随着地震基岩面土层剪切波速的增大,场地地表PGA值相应增大;与理想基岩面输入地震动的地表PGA及地表加速度反应谱β谱相比,以剪切波速不大于700 m/s的土层作为地震基岩面是不合适的;以剪切波速2 400 m/s土层作为地震基岩面时,其地表峰值加速度偏小不大于15%、地表加速度反应谱β谱偏小不大于20%,不同地震基岩面的选取主要影响周期小于1.2 s的地表β谱,对周期大于2.0 s的地表β谱几乎没有影响。以剪切波速2 400 m/s土层为核岛场地地震效应分析的地震基岩面是合适的。

SH波入射下阶跃基岩覆盖土层场地地面运动特征分析

利用二维显式有限元场地地震反应分析程序,把不同频谱特性的地震动作为输入基岩的SH波,探讨了阶跃基岩覆盖土层场地地震动空间分布特征,重点研究了覆盖土层厚度和土层性状对场地地表加速度峰值和反应谱的影响。研究表明:对于阶跃基岩覆盖土层场地,覆盖土层厚度变化对相应区域地表地震反应有较为明显的影响,对土层厚度不变区域的地表地震反应影响不明显。土层性状对阶跃基岩覆盖土层场地地表的加速度峰值和反应谱均有重要的影响。软土和上软土下硬土组合土层场地地表的加速度峰值要比硬土场地地表上的大。软土场地中反应谱的峰值要比硬土场地中反应谱的峰值大,硬土场地反应谱峰值对应的周期较短,软土场地反应谱峰值对应的周期较长。土层性状对地震动反应谱的影响,主要体现在短周期分量上。

不同基岩地震波作用下深覆盖场地的反应特征分析

由于长周期地震动实测记录的缺乏,目前国内外对长周期地震动特性的研究尚不成熟。首先从1999年集集地震记录库中选取三条Ⅰ类场地上较为典型的长周期实测地震记录,进行长周期地震动时、频特性分析。在此基础上,以上述三条长周期实测地震记录作为基岩地震动输入,采用场地等效线性化的频域分析方法,对某深覆盖场地进行了地震反应分析,并同普通地震波(包括IZT090波和IZT180波)作用下的场地反应进行了比较,探讨了不同强度地震波作用下深覆盖场地的长周期地震反应特征,得到了有工程参考价值的结果。

基于不同基岩深度反演地震动的比较

从KiK-net台阵网中选取了属于Ⅱ类和Ⅲ类场地的39个台站,并收集了相应的钻孔资料。对应于每一个钻孔,假定了2个地震波输入基岩界面,一个为规范规定的基岩面(剪切波速大于等于500 m/s,称为输入面1),另一个为钻孔底部的岩石面(实际剪切波速远大于500 m/s,称为输入面2),分别建立了一维土层模型。采用一维土层地震反应分析的等效线性化方法,由地表加速度记录反演计算了基岩输入界面1和界面2的地震动,分别计算了界面1和界面2的峰值加速度PGA比值和有效峰值加速度EPA比值。经比较,在不同的地表地震动强度输入下,无论是Ⅱ类还是Ⅲ类场地,界面1和界面2的PGA比值和EPA比值基本上介于1.0~3.0之间。显然,基岩输入面越深,剪切波速越大,地表加速度放大效应越明显,基岩输入面的选取对地表地震动有很大影响。

基于地面地震反应输入的自由场地震反应分析

假设基岩面内某深度处的地震动为零,推证出以地表地震动作为输入的自由地基地震反应分析模型。

基于近场加速度记录的弥散地震影响评价方法

基于地震动近场饱和的现象,根据已有的地震加速度记录样本,以及随距离衰减特征和震源尺度等因素综合确定的震中附近加速度记录样本,进行直接统计获得可以作为核工程安全性分析所使用的弥散地震加速度反应谱及其离散特征。为获得足够的样本数量,根据已有的地震动场地条件修正关系将非基岩场地上的加速度记录转换成为等效基岩场地上的记录,与基岩记录同时用于统计分析。

基于强震记录的核电厂抗震标准反应谱研究

依据基岩场地上的汶川地震强震记录,分析了地震动地面峰值和核电站抗震标准反应谱的特性,证明了在推导和使用标准反应谱时所考虑的地面峰值加速度与地面峰值速度之比(PGA/PGV)受地面峰值加速度和震中距的影响,将对标准反应谱形状产生明显的影响.另外还发现了基岩场地的竖向峰值加速度可能要远比通常认为水平向峰值加速度的2/3大.通过对比汶川地震强震记录的伪速度谱和规范给出的标准反应谱,发现规范中的标准反应谱在长周期段偏小.最后采用两种新的拟合反应谱的方法,不仅改变了以往先确定控制点的做法,而且很好地反映了均值加标准差反应谱.

基于近期大地震特征的核电站设计谱

为了评价现行核电站抗震设计反应谱的安全性,基于汶川和集集2次大地震基岩场地的强震动记录,通过对地震动主要参数和反应谱的分析,提出了基于规准和双规准伪速度反应谱不同区段特征确定目标地震设计谱的方法,给出了基于2次地震目标谱的距离相关核电设计谱,并与规范谱进行了比较.分析结果表明:大地震地震动具有长持时、长周期性的特点;地震动幅值率A/V小于规范取值,而设计谱速度控制段拐角周期明显大于规范设计谱取值,使得速度控制段明显向长周期段偏移;加速度控制段的谱值低于规范谱,而长周期段的谱值明显高于规范谱,速度控制区的放大系数比规范谱大.

秦皇岛地震危险性分析若干问题研究

以秦皇岛汤河国际项目工程场地基岩的地震危险性分析,揭示了我国地震危险性概率分析中存在的较为普遍的问题,包括法定潜在震源问题、地震危险性概率分析综合概率法问题、地震动参数区划图的适用范围问题、基岩地震动参数衰减关系等亟待解决的几个应用问题,针对上述问题明确提出了解决问题的方法或努力研究的方向,对工程场地地震安全性评价具有参考和应用价值。