延庆—怀来盆地地震动盆地效应研究

综合分析延庆—怀来盆地地震危险性,确定潜在发震断裂为延矾盆地北缘断裂的屈家窑—方家冲段,震级为7.0级。基于延庆—怀来盆地含地表厚沉积层的三维结构模型,设置两种破裂模式进行设定地震的地震动模拟研究盆地结构对地震动的放大效应,发现盆地浅层的沉积结构对较短周期段的地震动影响更为显著,较大的放大系数通常对应着较大的第四系厚度,最大放大系数位于延庆盆地。

美国地震区划图的新动向——场地效应模型与盆地效应模型

2018版《美国地震危险性图》对地震动模型美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地放大等进行了更新,改善了对美国各地地震灾害的描述,并增强了对美国中部、东部地区与西部地区地震动差异的理解。本文分析并论述了2018版《美国地震危险性图》中美国中部和东部地区地震动场地效应模型及西部地区沉积盆地效应模型的主要特征,对我国新一代地震动区划图的编制、修订进行了思考。

2017年九寨沟M_S7.0地震前热红外亮温异常与盆地效应

以中国静止气象卫星亮温数据为数据基础,采用小波变换和功率谱估计方法进行处理分析,并对处理后的数据进行时空扫描。结果表明:(1)在2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震前,沿龙门山断裂带存在一条热红外辐射增温带,其热辐射异常主要分布于四川盆地边缘,异常面积最大可达6×104 km2,九寨沟地震即发生在增温区域的边缘;(2)九寨沟地震的相对功率谱时序演化特征显示,2017年7月初相对功率谱幅值迅速升高以后,长时间持续呈高幅值状态,且与过去十年的数据相比相对功率谱较为突出,直到地震后一段时间才恢复;(3)九寨沟地震异常的分布与汶川地震前热辐射异常展布相似,对其它发生在含油气盆地边缘的地震进行综合分析认为,热辐射异常均具有类似盆地形态的特征,反之,这种类似盆地形态的异常与M_S≥6.5地震的对应率为75%;(4)地震盆地效应是位于盆地边缘的、具有不同发震构造的地震表现出相似的热辐射空间展布的主要原因,与地球放气理论机理解释相一致。

汶川地震盆地效应的思考与建议

通过实地考察及资料搜集,统计分析了汶川地震中地貌以及局部场地条件对震害的影响。根据受灾城市所在地理位置的不同,将城市分为盆地内部(成都)、盆地边缘(都江堰、绵竹、江油、什邡)、盆地外部(北川)3类,分别统计了震害情况,分析了震害原因。发现在这次地震中盆地效应尤其明显,盆地边缘震害比较严重;盆地中部震害较轻;山区的震害比平原的严重,尤其是在两个距离比较近的山体之间的地区,除了地震灾害之外,滑坡、泥石流等次生灾害也很严重。最后对建筑抗震设计提出了几点建议。

考虑盆地效应的设定地震的地震动估计方法——以北京地区为例

利用前人研究盆地放大系数的计算结果,根据确定性危险性分析方法计算了考虑土层和盆地放大效应设定地震产生的加速度,并与地震区划50年超越概率2%加速度结果进行了对比,发现盆地效应对设定地震产生的加速度影响较大。在今后的城市综合防御和地震安全性评价相关工作中考虑盆地效应。

长周期地震动盆地效应表征模型的数值模拟

地震动是由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动，地震动是震源、地震波在地球介质传播及场地响应这一复杂系统的的产物。地震动研究是跨理论地震学和工程地震学的课题，它不仅有重要的理论意义，同时又有很大的应用价值。一方面近场强震记录中含有许多有关震源活动的细节，能比远场资料提供更多的信息，因此，分析近场地震记录已成为研究震源过程的一种有效途径；

场地盆地效应的振动台试验

采用在粉质黏土中掺和锯末的方法配制模型土,通过降低模型土模量来降低土体的相似畸变。设计研制了2个土箱,用以模拟盆地边界以及自由场地边界。通过大型振动台试验,对比盆地与自由场地的实验数据,对盆地的聚焦效应和边缘效应进行较为深入的研究。结果表明:盆地效应对地震动有着明显的放大作用,且在聚焦效应和边缘效应区域内放大显著。

基于盆地效应的抗震设防研究之若干进展

沉积盆地能够加重震害,在抗震设防中需要定量考虑盆地效应。本文叙述了盆地效应的主要表现形式以及对震害的影响;详细介绍了盆地效应的研究方法以及取得的研究成果,同时也指出了各个方法的优缺点;讨论了抗震设防中对盆地效应考虑的必要性;着重回顾和总结了当前在抗震设防中考虑盆地效应的两种方法:(1)在场地地震动预测模型中加入盆地基底埋深项。(2)求取盆地模型相对一维层状模型的附加放大因子,提出针对当前抗震设防规范中地震动参数的校正系数。最后指出开展盆地抗震设防研究面临的问题及工作展望。

武都盆地效应三维有限元数值模拟

利用有限元方法模拟了武都盆地内波动的传播,分析了盆地内面波的产生和传播过程,研究了该盆地不同位置剖面的地震动差异及原因。同时,针对武都盆地数值模型的不同速度结构进行了三维有限元波动模拟研究,通过对3个不同速度结构盆地模型的地震波传播的位移云图、峰值位移分布图和典型剖面地震动图的对比分析,进一步分析了影响盆地效应的主要因素。盆地速度结构影响分析结果表明,类似于武都这类地表起伏不大且覆盖层较薄的小型盆地,盆地速度结构对波动的影响是主要因素。

基于Abaqus场地盆地效应的参数化数值研究

根据以往学者的研究成果,本文采用粘弹性人工边界模拟土体的边界条件,建立了考虑土体剪切波速、盆地倾角,场地覆土层厚度不同参数影响的盆地二维有限元模型,分别分析了土体在弹性与塑性本构关系下相关参数对场地盆地效应的影响规律,得到以下结论:盆地与自由场相比波峰出现比较密集,且消退较慢,延长了地震动的持时;场地内的土体越软,覆土层越厚,盆地效应越明显;盆地边缘效应随盆地倾角的增大而增大,而聚焦效应随盆地倾角的增大而减小;当考虑土体的非线性本构时,由于土体进入塑性,入射正弦波能量由于土的塑性变形已经耗散,盆地较自由场的放大更加明显,盆地效应更加突出。

考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估方法

我国大量城镇位于沉积盆地,沉积盆地对地震动具有显著的幅值放大和持时增长效应,同时沉积盆地与建筑群间的动力相互作用将导致地震动空间重分布。针对此问题,本文提出了一种考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估方法:首先,以剪切层模型、弯剪耦合模型等简化力学模型模拟建筑结构,计算建筑群-沉积盆地动力相互作用,获得建筑群的基础顶面地震动;然后,基于精细化有限元模型分析典型单体建筑的地震易损性;最后,结合所求建筑群元模型模拟建筑结构时,上部建筑对基础顶面地震动的影响具有等?效?性,因此所建方法适用于考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估;建筑群-沉积盆地动力相互作用主要导致盆地内地表地震动峰值降低,但局部位置会在盆地效应基础上产生附加放大效应;建筑群-沉积盆地动力相互作用导致不同地表点地震动加速度反应谱峰值相差3倍,同时放大邻近建筑出现相同等级震害的概率差异,所分析算例中,在是否考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的情况下,邻近四栋相同框架结构发生中等损坏的概率范围分别为66%—92%和87%—93%,此结果与实际震害中建筑结构交替破坏的现象一致。

考虑岩土参数随机性的三维沉积盆地地震动高效模拟方法

沉积盆地对地震波的散射导致盆地放大效应,增大结构震害。盆地的岩土参数通常具有显著的随机特征,导致盆地响应的可变性。旨在基于快速多极边界元法(FM-IBEM)和人工神经网络(ANN),提出一种考虑岩土参数不确定性的三维沉积盆地地震动有效模拟方法。首先,以岩土参数、入射波频率和地表位置为输入参数,以三维沉积盆地响应为输出参数,建立了人工神经网络模型。其次,利用蒙特卡罗模拟(MCS)来评估沉积盆地地面运动的随机性,并使用ANN模型和数据集中现有的结果来代替数值模拟来求解样本,通过减少计算时间来提高随机问题的计算效率。结果表明,该方法可用于求解和评估考虑岩土参数随机性的三维沉积盆地地震响应,计算效率高。岩土参数的随机性对沉积盆地地震响应的影响不容忽视,沉积盆地地表响应的可变性与地表点的位置、入射频率和分布有关,表现出与均值分布非线性相关的特征。岩土参数的随机性对高频入射波作用下盆地地震动有显著影响,放大效应变异系数可达0.3,是岩土参数变异系数的3倍;与平均值相比,对应于95%置信水平的盆地峰值加速度增加了56%。

盆地场地效应的三维数值模拟研究进展及沉积环境对盆地场地的影响

复杂沉积盆地场地对地震动有显著的放大作用,而沉积环境对沉积盆地有重要的影响。简单回顾了目前研究典型场地效应——盆地效应的方法,着重介绍了近年来应用比较广泛的有限差分法、有限元法和多次透射人工边界条件;对三维数值模拟方法研究盆地效应的盆地建模方法和模拟结果进行了回顾和总结;并介绍了以沉积环境为基础的盆地充填过程的数值模拟方法,以及沉积环境对沉积物物理参数影响方面的研究。对今后的研究工作提出了通过缩减3D模型,提高模拟精度;以及在场地效应建模中考虑沉积环境影响等研究思路。

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。

地震动残差分析盆地附加放大效应:日本关东盆地为例

我国地震动预测及地震危险性分析通常仅考虑局部场地浅层岩土层对地震动的放大效应,不能考虑较大范围的地质条件影响,如沉积盆地厚沉积层对地震动的附加放大效应通常被忽略,造成盆地内地震动及地震危险性预测结果普遍被低估。本文以地震动观测记录数据充足的日本关东盆地为例,采用地震动残差分析方法评估盆地附加放大效应,分析覆盖层厚度、盆地内空间位置、震级、震源距对地震动放大效应的影响,建立关东盆地附加放大效应经验评估模型。分析表明:关东盆地附加放大效应与反应谱周期相关,整体上从短周期的1.0逐渐增大至周期为5s时的1.5,附加放大效应与覆盖层厚度相关性较小,主要受盆地空间位置和震源距的影响;盆地北部边缘及西北部地区附加放大效应更强烈,盆地南部附加放大效应较小,这可能与盆地边缘效应密切相关。本文建立的关东盆地附加放大效应经验模型略高于BSSA14和ASK14模型的放大效应预测。相关研究结果可用于我国地震动预测、下一代地震动区划图修订等。

用数值模拟方法研究北京盆地对3～10s地震动的放大效应

以北京盆地为例,针对不同的设定地震,研究了不同震源条件对盆地放大效应的影响。结果表明：尽管震源因素可对计算结果带来一些不确定性,但盆地内沉积物的厚度是控制3~10 s周期段地震动加速度反应谱的主要因素。因此,计算了盆地对3~10 s周期段地震动加速度反应谱的平均放大系数,并通过回归分析得到了平均放大系数与盆地等效沉积物厚度之间的函数关系。最后,结合北京盆地内高层建筑的分布,初步探讨了高层建筑地震致灾风险水平与盆地结构的关系。

“盆地聚集效应”与矿业城市经济的可持续发展

很多依赖矿产资源发展起来的矿业城市如今陷入了困境,原因在于其发展模式存在结构上的缺陷。在矿产资源日益稀缺、竞争不断加剧的时代,仅仅依靠矿产资源求发展是一种不可持续的模式。矿业城市应该构筑政策、环境、人才和市场等盆地,利用"盆地聚集效应",积极引进外部资源,完善产业结构,实现矿业城市经济的可持续发展。

三维沉积盆地对地震动的放大效应——间接边界元法模拟

基于一种高精度间接边界元法(IBEM),实现了沉积盆地三维地震响应的频域、时域精细求解,并以半空间中椭球形沉积盆地对平面P波和SV波的散射为例,着重探讨了入射角度、入射波型、入射频率、盆地长宽比和深宽比对沉积盆地地震动放大效应的影响规律.结果表明:盆地形状对地震波的放大效应和空间分布状态具有显著影响,且具体规律受控于入射波频段.1随着盆地深度增大,盆地边缘面波发育更为充分,在较宽频段内均会出现显著的地震动放大效应,且深盆地的放大区域集中于盆地中部.2圆形盆地对地震波的汇聚效应最为显著,而狭长盆地对地震波的汇聚作用相对较弱,高频情况下可在盆地内部形成多个聚焦区域.3不同波型入射下,盆地对地震动放大效应的机制有所差异:P波入射下,竖向位移放大主要是由于盆地边缘面波由四周向中部汇聚所致;SV波入射下,边缘面波汇聚效应相对较弱,而当盆地较深时,底部透射体波和边缘面波易形成同相干涉从而显著放大地震动.按盆地内外介质波速比为1/2,P波和SV波垂直入射下频域最大放大倍数分别为25和15,时域放大倍数约为4.0和3.7(雷克子波).4低频波入射下,位移从盆地中部向边缘逐渐减小,且浅层沉积盆地对地表位移幅值的放大作用不明显.5 P波和SV波的入射角度对盆地地震动放大幅值及空间分布特征也具有显著影响.

泉州盆地地震效应的二维非线性分析

基于ABAQUS显式有限元并行计算平台,采用大尺度二维精细化有限元非线性分析方法,研究泉州盆地地震效应特征。结果表明:(1)与基岩输入地震动相比,地表峰值加速度总体呈放大效应,且盆地不同位置的放大效应存在明显差异;(2)地表或基岩剧烈起伏及土层横向分布极不均匀处,地震动易产生局部聚集效应,相应地表地震动呈显著放大或缩小效应;地表加速度反应谱产生双峰甚至多峰现象。(3)在土层竖向、横向分布不均匀处,峰值加速度沿深度方向呈非单调递减,加速度反应谱沿深度存在较大差异。场地地震效应的二维非线性分析法能在一定程度上反映特殊场地条件对地震动效应的影响,该结果可为泉州盆地及类似盆地的场地设计地震动参数的确定提供参考依据。