海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor,DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录,利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型,与陆域DMF模型进行了对比,并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱,最后对残差及标准差进行分析。研究表明:地震类型对DMF的影响可以忽略;可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响;由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著;阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值;残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型,为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

海域地震动水平加速度反应谱阻尼修正系数

为估算不同阻尼比海域工程结构的反应谱,研究了海域工程反应谱的阻尼修正系数(D_(MF))模型。基于S-net台网的5680条海底水平向地震动记录,分析了矩震级、断层深度和震源类别等震源参数,以及震源距和沉积层厚度对D_(MF)的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的海域地震动水平加速度反应谱DMF模型,并与陆域模型进行了对比。研究表明:矩震级和震源距对D_(MF)影响显著,低阻尼D_(MF)随矩震级和震源距增大而增加,高阻尼D_(MF)随之增大而降低,而D_(MF)受断层深度和沉积层厚度的影响不显著;与陆域研究不同,在低阻尼中长周期时海域地震动的浅地壳和上地幔地震的D_(MF)略大;谱周期大于0.1s时和小于0.1s时,可分别用三次和二次对数多项式模拟阻尼比对D_(MF)的影响,谱周期的影响可分别用四次和三次多项式表示;海域D_(MF)模型与陆域模型差异显著,海域D_(MF)模型更能合理预测不同阻尼比的海域地震动反应谱,提出的海域地震动反应谱D_(MF)模型为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

近海域地震动的时频特征与工程特性

利用美国加州及日本相模湾近海域地震台站采集的地震动记录,采用希尔伯特-黄变换方法计算得到近海域地震动时频分布特征;将其加速度反应谱、动力放大系数β谱与不同工程领域抗震设计规范进行对比。研究结果表明:近海域地震动含有丰富的长周期成分,优势能量集中于长周期与特长周期段内;归一化边际谱能量分布与震中距有一定的相关性;近海域地震动水平向分量强度远高于其竖向分量。进一步发现,多数近海域地震动反应谱动力放大系数β谱峰值远超目前常用规范标准反应谱的平台值,也就是近海域地震动反应谱的中长周期值远大于现有抗震设计规范的取值,采用现有陆域地震动设计规范开展近海工程地震安全性设计存在风险。近海域地震动长周期特性在大跨桥梁、油气平台等重大近海工程设计中应得到充分关注。

海域地震动研究现状分析

海域地震动是海洋工程建设必须考虑的因素,近年来学者们对海域地震动做了大量研究,这些研究涵盖海域地震动的各方面。为总结对海域地震动特性的研究成果并分析存在的问题,分类阐述了不同学者对海域地震的研究结果。根据采用的研究方法可分为解析方法、数值模拟方法和统计方法。在此基础上,归纳了不同研究方法得出的海域地震动场地影响与传播规律的结论:解析方法与数值方法得出的结论侧重于分析海域地震动受海水、淤泥沉积层与地形等场地条件的影响;统计方法得出的结论集中在海域地震动与陆地地震动在地震动特性与传播规律方面的差异,这些结论可以为采用相同方法的研究提供参考。最后,对当前研究中存在的问题进行探讨,由于数据相对匮乏,导致缺少对海域地震动与陆域地震动差异的定量分析,也缺少对海域地震动不确定性的分析。

海域地震动长周期特性及其强度指标研究

为了分析海域地震动的长周期特性。选取893条三分量海域地震动记录,识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动,比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异,研究了海域地震动强度指标PGA(Peak Ground Acceleration),PGV(Peak Ground Velocity),PGD(Peak Ground Displacement)与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明:由浅源远场强震(震源深度小于45 km,震中距大于120 km,且矩震级大于6.2)产生的海域地震动的长周期特性十分突出,其动力放大系数谱在长周期段(2~10 s)明显超过了抗震设计规范谱的取值,且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著;PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好,因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。

日本DONET1海域地震动数据及其特征初步分析

本文介绍了日本南开海槽海底的密集型地震海啸网络监测系统(DONET1)及其获取的海域地震动记录基本情况,以及海域地震动的处理方法,分析了其海域地震动幅值、持时和频谱参数的基本特性,以期为DONET1记录的深入研究使用提供参考。分析结果表明:DONET1海域PGA的衰减率和日本陆地的衰减率有较大的差别,而PGV衰减率差别不大,但是整体上PGA和PGV值大于陆地衰减关系预测值;对典型的较大幅值的海域记录分析表明,其5%阻尼比加速度反应谱峰值周期点较大,与我国抗震设计规范相比,反应谱长周期段的谱值整体较大,表明其长周期分量比较丰富;70%和90%能量持时和全球衰减关系预测值相差不大。

海底长周期地震动预测模型:以日本相模湾海域为例

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。通过残差分析以及相关性分析检验了模型的合理性,并分析了震源类型以及震源深度对反应谱的影响,对比了海陆地震动预测模型的差异。结果表明:震源类型以及震源深度对模型预测结果影响显著,水平向海域模型以及长周期(T≥1.0 s)竖向海域模型所预测反应谱大于陆域模型所预测的反应谱值,且水平向和长周期竖向模型的场地放大系数均大于1。该模型可为长周期海域地震动模型的建立和概率地震危险性分析提供参考,为长周期海域工程的抗震设防提供依据。

海域和陆域地震动输入能量与强度指标相关性

为给概率地震危险性分析提供依据,研究了海域和陆域地震动弹性输入能量与其他地震动强度指标的相关性及海陆差异。基于日本K-NET台网的271次地震事件,包含1784条海域地震动记录和4480条陆域地震动记录,通过相关性分析选取了7个代表性强度指标。首先,计算了不同震中距下强度指标与绝对和相对输入能量的相关性,并从不同周期段及震中距的角度分析了结果;其次,对不同阻尼比下强度指标与绝对和相对输入能量进行相关性分析;最后,对比了海陆强度指标与输入能量的相关性差异。结果表明:在不同周期段,海域和陆域地震动与输入能量相关性最好的强度指标多数相同,但在不同震中距下,强度指标与输入能量相关系数的极值存在海陆差异;在不同阻尼比下,同一强度指标与输入能量的相关性存在海陆差异,初步分析发现该差异可能是海域地震动低频成分丰富造成的。因此在研究输入能量与强度指标相关性时,需考虑阻尼比、震中距的影响。相关结论可为海陆概率地震危险性分析相关研究提供参考。

基于HVSR谱比动态聚类的海域场地特性研究

海域场地工程特性是海洋重大工程设计、建造、运维的重要基础,也是岩土地震工程的研究热点。收集了日本相模湾海域2000~2018年间6个海底台站的强地震动记录,筛选、前处理后采用Horizontal-to-vertical spectral ratio(HVSR)方法计算了各条记录的傅里叶振幅谱比值。通过动态聚类学习结合最优化分类,获取了相模湾海底台站的最优场地特性。结果表明,动态聚类学习方法针对时序型数据的聚类性能及鲁棒性强,可满足局部及全局分辨率;相模湾海区中台站场地环境可宏观分为海底峡谷区及海洋盆地区,其中峡谷区场地卓越周期显著小于盆地区,且高频衰减较缓;通过局部场地地形坡度,给出了海洋场地工程特性。研究成果可为海域地震动模拟、海洋工程建设等提供参考。