基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了2021年2月13日日本M_(W)7.1海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明:与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了6.24倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近5倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。

随机有限断层法的俯冲带板内地震动模拟

为明确随机有限断层法在俯冲带板内地震动模拟中的适用性,以2021年日本千叶M j6.1俯冲带板内地震为例,使用该方法模拟了震中范围100 km内25组KiK-net台站井上和井下记录,并分析了模拟与观测记录的频谱、持时、峰值和空间分布等地震动特征。结果表明:模拟与观测记录的5%阻尼比拟加速度反应谱(A_(ps))在0.1~10 Hz频带范围内吻合较好;基于70%能量持时模型的模拟记录在强震动段和持时上与观测记录匹配良好;井上台模拟与观测记录的地表峰值加速度(A_(pg))接近,且两者A_(pg)衰减特征基本一致;模拟和观测记录所得A_(pg)等值线相似。此外,将模拟和观测记录与现有日本俯冲带板内地震动衰减关系式(Zhao16)进行了比较,发现Zhao16的A_(pg)预测值普遍出现高估,其A_(ps)预测值在低频和高频分别出现一定程度的低估和高估,这可能与研究区域的盆地效应和软土层有关。研究结果为随机有限断层法模拟俯冲带板内地震动的适用性提供了依据,进而为探索将该方法应用于中国具有相似俯冲带构造的地区提供参考。

基于随机有限断层法的泸定6.8级地震强地面运动场重建

基于随机有限断层法开展泸定6.8级地震强地震动模拟,并通过实际强震记录校核,重建了泸定地震的强地面运动场。结果表明:(1)震中距80km以内,大部分模拟峰值地面加速度值与实际值较为接近,峰值地面加速度差值最小为0.58gal;(2)与低频段相比,高频段加速度反应谱的模拟效果较好,与实际反应谱的吻合度更高;(3)模拟峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)、谱烈度(SI)及仪器地震烈度(II)的最大值分别为433gal、30cm/s、34cm/s、8.5,除II的模拟结果未展现Ⅸ度区外,各地震动参数均沿断层延伸方向呈对称分布,且在宏观形态上与地震烈度图的相似性较强;(4)与实际地震烈度图相比,重建的强地面运动场可有效预估地震烈度Ⅶ~Ⅸ度区的分布范围。作为合理确定地震动输入的一种途径,研究结果不仅可为泸定地区的抗震设防工作提供技术支撑,也可为特定地震强地震动(高频)的快速模拟提供参考。

采用随机有限断层法生成最大可信地震

本文依据基于地震学理论合成地震动的随机方法和能够细致描述震源复杂性的有限断层模型,采用随机有限断层法直接生成最大可信地震。重点比较了随机有限断层法的静拐角频率和动拐角频率理论,开发基于静拐角频率方法的Fortran程序SFFMSIM,作为对比,引进了动拐角频率程序EXSIM。选用1994年Northridge地震数据检验本文采用的随机有限断层模拟方法和程序。最后以大岗山水电站工程为例,采用随机有限断层法生成磨西断裂发震时工程场址可能产生的最大可信地震的加速度时程曲线。结果显示:随机有限断层法合成时程的放大系数谱均值与80条基岩记录平均谱的一致性较好。预测震源位错分布形式未知的地震时,动拐角频率和静拐角频率方法的模拟结果有差异。

基于随机有限断层法的地震烈度计算研究

采用基于动力学拐角频率的随机有限断层法,首先模拟计算了东台、如皋及大丰3个台站记录的2006年江苏东台3.8级地震的地震动,并与其实际记录进行比较研究,验证了该方法的计算结果能够较好地反映出江苏地区主震剪切波的主要特征。随后运用该方法模拟计算了1979年江苏溧阳6.0级地震震源区内156个虚拟观测点的地震动,并通过内插值的方式得到此次地震的加速度场分布情况;随后依据峰值加速度统计方法和模糊评定方法,分别计算此次地震的理论烈度分布,结果显示:两种烈度划分方法的结果与实际调查的烈度分布都基本一致,但模糊评定方法的划分结果更加接近真实的烈度分布。

基于随机有限断层法的坝址地震动参数综合评价方法

对于受多条发震构造影响的大坝场址,合理估计坝址地震动输入是实现近场地震作用下不溃坝目标的前提条件。文章主要目标是对地震地质环境复杂的场址建立适合于工程应用的地震动参数评价方法。首先对随机有限断层法模拟近场大震的适用性进行分析,结果表明该方法不仅可以描述断层破裂源,考虑地震波路径、场地衰减等因素,而且计算效率高,能够解决地震动模拟中复杂震源设置与计算效率的问题,可用于大坝场址地震动参数估计;然后基于对随机有限断层法参数的不确定性分析,建立一套能够考虑多个发震构造对坝址影响的地震动参数综合评价体系,包括设置震源、路径及场地条件参数的取值范围及水平、设计多方案(多权重)地震动模拟方案、各参数取值的权重系数计算原则与方法;最后获得能够表征不同地震危险性的参数估计方法。该文建立的方法能够考虑坝址发震构造的复杂性,给出多层次、多风险水平的评价结果,为近场大震作用下大坝抗震安全评价提供合理的地震动参数。

随机有限断层法模拟中强地震近场强震动的参数影响研究

介绍了模拟地震动时程的随机有限断层法及近年来对该方法的改进,改进后的随机有限断层法适合模拟中强地震;比较了不同场地方位角的中强地震近场地震动时程与平均伪加速度反应谱(PSA);定量分析了中强地震近场地震动模拟结果的参数敏感性.结果表明:不同场地方位角的中强地震近场PSA在短周期部分差别较大;应力降是模型中最重要的参数,其对反应谱短周期部分影响最大;几何扩散系数对PSA的整体影响也较为明显.将随机有限断层法应用到工程安全性评价工作中时,应当重点关注对反应谱短周期部分影响较大的应力降和该区域的几何扩散系数,同时要调查该区域优势场地方位角的分布,更加合理地控制中强地震近场强震动的模拟.

利用随机有限断层法计算海河断裂的地震动

通过构建横向均匀成层的地震断层模型,利用随机有限断层法,计算了海河断裂发生6.5级地震的地震动分布。计算结果克服了现行综合概率法计算结果不能体现近场效应的缺陷,并反映出断层上盘效应等特点,该结果可作为最大可信地震动应用于抗震设防变形验算,同时还可以作为评价综合概率法结果不确定性的一个参考,对海河断裂影响带的防灾减灾具有一定的借鉴价值。

随机有限断层法在汶川强地震动模拟中的应用

在总结了国内外地震动模拟技术基础上,研究了5.12汶川大地震加速度时程的特点和合成方法,采取网格划分的方式,利用随机有限断层方法逐点合成了各网格点处的加速度时程,并绘制了加速度等值线图,分析了此次强地震动的分布特点.研究结果对研究发震时断层附近地区建(构)筑物的破坏原因、程度等与地震动强度间的关系,进而提高结构的防灾减灾能力具有十分重要的意义.

基于NNSIM随机有限断层法的7.0级九寨沟地震强地面运动场重建

北京时间2017年8月8日21时19分在四川阿坝州九寨沟县(北纬33.2°、东经103.8°)发生了7.0级地震,作者利用新提出的震源破裂过程控制的NNSIM随机有限断层方法,对震中约100km范围内强地面运动进行了情景构建,并与研究区范围内的8个强震测震台观测记录进行了加速度、速度、反应谱对比,对比的一致性说明模拟过程中所应用的各种震源参数适合九寨沟7.0地震的近震源强地面运动重建.论文的后半部分基于相同参数模拟了九寨沟7.0级地震的近震源强地面运动场的空间分布,结果显示此次地震强地面运动的PGA、PGV以及反应谱分布均呈现出以震中为圆心的圆形分布,不具有大地震沿断层走向的分布特点.论文最后关于反应谱的讨论,揭示了此次九寨沟县城灾害不重的直接原因.

经验格林函数法与随机有限断层法在合成近场强地震动中的联合运用

本文采取将经验格林函数法与随机有限断层法相结合的方式,突出体现了各自方法的优点,通过经验格林函数法确定地震震源参数,用随机有限断层法计算参数、检验其合理性。利用1998年新疆阿图什M6.9级地震的ML4.7级余震记录,合成了这次地震的最大余震MS6.0级地震的加速度记录,并将合成的结果与实际记录在频域和时域做了对比,分析研究了地震动特征和这次最大余震的可能破裂特征。同时对经验格林函数法需进一步改进的方向进行了探讨。

随机有限断层法模拟中强地震近场地震动的研究及应用

核工程是对地震安全性要求极高的工程,在其工程场地地震危险性评价工作中,弥散地震地震动估计往往对厂址设计基准地震动具有关键性影响。然而,弥散地震不是由特定构造引起的,因此,评定其地震影响时会遇到较大困难。常规方法是采用适当的衰减关系来计算工程场地震级5.0和5.5的弥散地震在距离厂址5 km处的地震动参数。本文针对核电厂地震危险性评价需求,探讨弥散地震评价的新方法,即通过随机有限断层法来模拟中强地震近场地震动参数。通过参数敏感性分析技术筛选了对拟合结果有决定性影响的关键模型参数;研究并改善了有限断层模型拟合中强地震模型应力降参数的方法,并基于多个国家和地区中强地震近场加速度记录估算了应力降参数值;此外,通过建立中强地震类属模型来模拟特定震级-距离的地震动,从而对经验统计方法进行补充和验证。(1)详细研究了模拟地震动时程的随机有限断层法以及近年来对该方法的改进,改进后的随机有限断层法适合模拟中强地震。(2)对随机有限断层法模拟中强地震近场强震动的参数影响情况进行了分析。将随机有限断层法应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性。为此,本文首先比较了不同场地方位角中强地震近场地震动的时程和平均拟加速度反应谱(PSA),并定量分析了模型主要参数对中强地震近场地震动模拟结果的参数敏感性。结果表明:不同场地方位角的中强地震近场PSA在短周期部分差别较大;应力降是模型最重要的参数,它对反应谱短周期部分影响最大;几何扩散系数对PSA的整体影响也较为明显。将随机有限断层方法应用到工程安全性评价工作时,应当重点关注对反应谱短周期部分影响较大的应力降和该区域的几何扩散系数,同时要调查该区域优势场地方位角的分布,从而更合理地控制中强地震近场强震动的模拟。(3)开展了中强地震模型应力降参数值的估算。基于美国小头骨山(Little Skull Mountain)MW5.6地震两个近场台站记录的地震动模拟,详细研究并改善了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动拟加速度反应谱(PSA)来确定应力降参数值的方法。结果表明:采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合。基于该方法并根据美国西部、日本、意大利以及汶川等国家和地区的浅源中强地震近场加速度时程记录,估算了相应的模型子断层应力降参数值。结果表明:各个国家和地区计算得到的中强地震随机有限断层模型应力降参数具有地区差异性;模拟的峰值加速度大致上正确反映了实际记录PGA的衰减规律,并且模拟结果在近场随距离的衰减较快,这可能与计算所使用的中强地震高频成分丰富有关。(4)针对中强地震震源及路径参数难以准确确定的情况,提出了通过建立随机有限断层类属模型参数来考虑随机不确定性,从而进行中强地震近场地震动模拟的方法,即在考虑区域特定参数、选择具有代表性的震源参数的同时,考虑关键参数随机不确定性,开展大量模拟计算。完成了对核电厂工程弥散地震地震动参数评价的工程应用分析。对模拟PGA的统计结果表明:考虑核电厂弥散地震时,MS5.0地震震中距5 km处0.15g的峰值加速度是合适的;MS5.5地震震中距5 km处0.2g的峰值加速度是合适的;MS6.0地震震中距5 km处0.3g的峰值加速度是合适的。该结果为现有弥散地震地震动评价提供了验证信息。模拟PSA统计结果与衰减关系PSA的比较表明,模拟的平均PSA大致上是保守的,可以作为随机有限断层法模拟结果的推荐反应谱。

随机有限断层法合成地震动及其相干性研究

从地震动合成出发,在考虑场地条件、震源参数等影响的情况下,采用随机有限断层法合成了基岩场地相隔一定距离处空间各点的加速度时程,进而研究这些点之间的相干性。研究结果验证了基岩场地相干函数计算模型的合理性;同时说明,随机有限断层法得到的地震动加速度时程能够体现地震动的内在特点,可以将其作为高耸结构、大垮桥梁等重要工程结构抗震分析时的多点地震动输入。

随机有限断层法及其工程应用中的问题分析

随机有限断层法作为半经验半理论的地震动合成方法,综合考虑了震源、传播路径以及场地条件对地震动的影响,可在工程关注的频率范围内模拟地震动时程,为实现较大区域地震动模拟提供了一种有效的方法。本文系统阐述了随机有限断层法的基本原理、静力学拐角频率模型及动拐角频率模型的发展;分析了主要模型参数(断层尺度、破裂速度、剪切波速及应力降)、Kappa因子和介质品质因子的取值原则,并结合中国大陆的实际情况给出了相应的取值范围;最后讨论了现有模拟方法在考虑参数取值、子断层划分和子断层之间相互作用等方面的不足以及能量处理方式上的缺陷,明确了随机有限断层法发展的方向。

基于能量的随机有限断层法研究

随机有限断层法目前被广泛应用于近场地震动的模拟。针对基于现有的随机有限断层法合成得到的加速度时程,其能量存在明显的低频"下沉"这种不合理现象,以美国北岭地震的近场基岩记录资料及震源模型资料为依据,通过计算并对比分析实际记录时程和基于现有随机有限断层法模拟时程的能量在频域的累积分布曲线,揭示模拟时程的能量在频域的分布规律与记录时程的差异性,提出一种基于能量的改进随机有限断层法。利用汶川地震的记录资料及震源模型资料,对所提改进方法进行了合理性和有效性的论证。经过对比分析表明:基于能量的改进随机有限断层法合成得到的加速度时程,无论是能量在频域的分布规律还是反应谱随周期的变化规律,均表现为比改进前的方法得到的时程的对应值要更为接近于记录值,说明所提的改进方法具有一定的合理性和有效性。

中强地震随机有限断层模型应力降参数的确定方法

随机有限断层模型是模拟地震动加速度时程的一个重要工具。但将其应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性。尤其针对其中最为关键的应力降参数,目前相关研究较为缺乏且尚未形成系统的确定方法。本文基于美国Little Skull Mountain MW5.6级地震2个近场台站记录的地震动模拟,详细研究了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动伪加速度反应谱(PSA)来确定应力降参数值的方法,并在计算应力降时引入了其它震源参数的不确定性,随后对此方法的可行性进行了验证。研究表明:采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合;脉冲子断层百分比、断层长宽、倾角和深度等震源参数按截断的正态分布或均匀分布随机抽样,拟合得到的应力降参数值与通过实际震源模型参数得到的值相近。以上研究结果对确定一个区域中强地震应力降或中强地震近场强震动模拟研究提供了更进一步的研究方法和研究方向。

地震动随机有限断层模拟方法综述

目前,地震工程中一个关键性问题就是近场高频地震动场的重建。对地震动模拟方法进行简要介绍,分析了这些方法存在的缺点,也对一些基本问题做了探讨,例如各种模型的拐角频率,震源谱,高频标定因子等等。分析了随机有限断层模拟方法的基本原理,通过各种改进模型的对比分析,指出随机有限断层模拟方法虽然存在很多不足之处,但只要合理选择参数,仍然是目前模拟近场高频地震动最合适且最理想的方法。此外,对近场高频地震动场重建的发展前景也做了讨论。

利用混合法合成成都断层宽频地震动

首先,依据成都活断层探测的深、浅层地震勘探资料、钻井资料、地形资料,建立成都地区地下三维介质模型,并基于活断层确定的双石-大川断裂发生7.6级潜在地震的地震活动性探测结果,设定断层破裂震源模型,采用随机有限断层方法模拟短周期地震动、谱元法模拟长周期地震动,利用混合法通过频域合成技术获得了研究区域的宽频地震动。最后,讨论了合成结果的PGA、PGV、PGD以及0.3s和1.0s反应谱的分布特征,依据分布结果对成都市区进行了本次设定地震的地震动讨论。

中强地震近场强震动的随机有限断层模型参数影响研究

随机有限断层法是模拟地震动加速度时程的一个重要工具。该方法能反映震源、传播路径和场地特性，并且计算快速、高效，高频部分表现良好，因而目前广泛应用于强震地震动的模拟。

2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震 随机有限断层三维地震动模拟

2021年5月21日云南省大理州漾濞县发生M_(S)6.4地震,震中附近遭受了强烈地震破坏.为预测此次地震的地震动影响场,利用震源运动学破裂随机模型,基于随机有限断层三维地震动模拟方法,给出了此次地震中28个触发强震动台站的三分量加速度时程模拟记录,并结合强震动观测记录,估计了此次地震的地震应力降及震源破裂过程,进一步模拟给出了此次地震中2823个虚拟观测点的三分量加速度时程.结果表明,模拟记录的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)与观测值接近,并体现了地震动峰值的衰减规律、近场饱和效应和破裂方向性效应;模拟与观测记录的5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)的幅值接近、谱形相似,在0.05~10 s周期段,模拟记录可以很好地预测地震动.基于三分量模拟记录给出了漾濞M_(S)6.4地震的仪器测定地震烈度图,与云南省地震局发布的烈度图接近,极震区烈度最高可达Ⅷ度,震源破裂方向性导致震中SE方向的烈度普遍高于NW方向,受局部场地条件影响沿洱海西侧出现高烈度异常区.