应用实测强震动记录的地震动场快速推测方法

致灾性地震动是引起土木工程破坏的根本原因, 震后秒至分钟级的地震动场快速推测是紧急处置、灾害链阻断、灾情获取及震后精准救援的重要依据, 也是震后情景构建和城乡地震韧性评估的关键输入.为了震后快速推测目标区域内无观测仪器场点的地震动时程, 本文首先通过反距离权重插值方法快速推测无观测仪器场点的地震动幅值谱, 结合基于等效群速度的地震动相位谱模型, 发展了一种非平稳地震动快速推测方法;随后引入Delaunay三角剖分算法, 发展了一种分钟级的宽频带地震动场快速推测方法, 并采用实际震例验证方法在不同台网密度下的应用效果.结果表明, 在0.1~25.0 Hz频段, 推测与实测记录的幅值谱在幅值、谱形、卓越频率及高频衰减特征方面有很好的一致性;推测与实测记录的波形、地面峰值加速度(Peak Ground Acceleration, PGA)与速度(Peak Ground Velocity, PGV)、震相到时、加速度反应谱(Acceleration Response Spectrum, Sa)等非常接近, 通过地震动场得到的仪器地震烈度与调查地震烈度基本一致.本文方法实现了地震动波形场近实时计算, 可为烈度速报等近实时地震减灾和应急工作快速提供任意场点地震动时程.

考虑地震动场空间变异性的城市供电-燃气系统连通可靠性研究

城市供电系统和燃气系统(简称“电-气系统”)是生命线系统的重要组成部分,地震作用下系统内结构和设备等设施受到不同程度的破坏,会导致电-气系统服务功能下降或丧失。文中基于非一致地震动场和系统元件地震易损性模型,提出了电-气系统抗震连通可靠性评估模型。首先,根据地震动参数衰减关系生成空间非一致地震动场,结合电-气系统主要元件地震易损性模型,计算空间地震动场下不同系统元件的失效概率;其次,为考虑元件地震破坏的不确定性,利用Monte Carlo方法模拟地震对系统元件造成的破坏,并通过修改系统网络拓扑的邻接矩阵来反映元件失效。考虑燃气门站邻近的供电节点失效导致的燃气系统源点故障,以及发电厂邻近的供气节点失效导致的供电系统源点故障,建立了双向耦合系统的分析模型;最后,通过IEEE30供电系统与47节点燃气系统对该框架进行了验证。研究结果表明:地震动场空间变异性对系统抗震性能影响显著,相较于一致地震动场,空间地震动场中供电系统和燃气系统连通可靠度分别下降了20.2%和18.7%。电-气系统双向耦合中,供电系统和燃气系统的连通可靠度分别下降了9.4%和22.1%;空间地震动场中,供电系统元件的易损性大并且系统抗震连通可靠度较低,供电系统对燃气系统的影响更大。

三维地震动场数值模拟并行计算系统

并行计算系统是进行三维复杂场地地震动场数值模拟的基础。本文作者利用10台微机构建了一套并行计算集群(常称为Beowulf系统),节点微机上运行Windows2000操作系统,采用MPI标准的MPICH1.2.4版本作为并行计算的支撑环境,并以100Mbps高速交换式以太网作为互连网络。利用编制的并行计算程序对该并行计算系统性能进行了测试。结果表明:该系统能够达到非常高的并行加速比和并行效率。该系统将用于三维地震动场数值模拟研究。

震动场、应力场联合监测冲击地压的理论与应用

在总结现有冲击地压监测方法和分析其优缺点的基础上,提出冲击地压多参量实时在线联合监测的观点。根据事故现场勘查,将冲击地压破坏方式分为帮部冲击、底板冲击、顶板冲击、气浪、强震等5种;基于主客体不同,将冲击地压分为"自发型"和"诱发型"两类,并阐明了新分类的工程意义;根据两类冲击地压的可监测特征,提出了震动场、应力场联合监测冲击地压的观点,阐明了技术内涵;鉴于获取手段不同,宏观上将冲击地压危险区分为静态危险区和动态危险区两类;结合现场实际,提出了矿井冲击地压监测技术体系和分区治理思路,实现冲击地压的"宏观—区域—局部—点"全局"无缝"监测和"预卸压—解危"的分段分级治理。将研究成果分别应用于深厚表土综放工作面和深井三硬煤层冲击地压治理,取得了良好效果。

空间相关地震动场模拟的研究

空间相关地震动场模拟的研究李小军赵凤新胡聿贤（中国北京１０００８１国家地震局地球物理研究所）主题词场地条件生命线系统地震动场相位差谱重要性极高的生命线系统工程具有一个共同的特点是其空间分布与延伸性．在同一次地震下，这类结构各部分受到的地震荷载将不同．...

基于非平稳随机地震动场的拱坝随机地震反应分析方法

本文基于空间非均匀地震动输入和拱坝三维动力有限元法，建立了拱坝在非平稳空间随机地震动场激励下的随机振动分析方法．以一实际拱坝为例，计算了非平稳随机地震动场作用下的拱坝随机地震反应，并与平稳随机地震动场的结果进行了比较．

随机地震动场多点激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析

本文基于随机地震动场的功率谱模型和多点地震激励,建立了大跨度桥梁在随机地震动场多点激励的地震反应分析方法,并数值模拟了某四跨预应力混凝土连续刚构桥的地震反应,考虑了行波效应、部分相干效应和局部场地效应等因素的影响,并与确定性地震一致激励下的计算结果进行了比较,对工程建设具有参考意义。

随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析方法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究关注的焦点。对大跨度桥梁结构,考虑随机地震动场的多点激励而进行地震反应分析较为合理。本文结合大跨度桥梁抗震设计,系统地介绍了随机地震动场的模型以及随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析的方法。

基于相位差谱的空间相关非平稳地震动场的模拟

地震动的非平稳特性主要是由其相位差谱决定的,相位差谱与相位导数之间存在线性倍数关系。根据相位导数的显式计算公式,从能量的角度解释了相位导数的均值大致决定了时程峰值的发生时刻,相位导数的方差决定了强震段的持续时间。在相关地震动场模拟方法中,首次将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅立叶变换技术生成地震动场。表示地震动随机特性的随机相位谱利用相位差谱的统计模型生成,生成的地震动场不仅具有空间相关性,而且在时域、频域内均具有非平稳特性。

近断层强地震动场预测

以1997年4月11日新疆伽师地震(M_w 6.1)为例,详细介绍了近断层强地震动场的预测方法.首先,用有限断层震源建模方法建立了该次地震的震源模型;然后,基于动力学拐角频率的地震动随机模拟方法,模拟了该次地震权有主震加速度记录、且位于巨厚土层上的三个台站的加速度时程,并用实际地震记录进行了验证.在此基础上,基于预测的近断层77个节点的加速度时程的峰值绘制了该次地震的加速度场.结果表明,上述方法模拟的加速度时程在0.5 Hz 以上的高频段是可行的、实用的;预测的近断层加速度场具有非常明显的上盘效应.地表最大加速度的范围与断层面上最大凹凸体位置相列应,说明与断层面上凹凸体相对应的地面上的建(构)筑物将会遭受到较为严重的震害.

与指定地震记录相关的非平稳地震动场的模拟

地震动的非平稳特性主要是由其相位差谱决定的,相位差谱与相位导数之间存在线性倍数关系。根据相位导数的计算公式,从能量的角度解释了相位导数的均值决定了时程峰值的大致发生时刻,相位导数的方差决定了强震段的持续时间。改进了均匀调制非平稳过程的相位导数概率密度函数计算公式中强度谱矩的计算方法,使之能够适用于一般非平稳时程。在模拟与指定地震记录相关的非平稳地震动场方法中,计算指定地震记录相位导数的概率密度函数,并按照该函数生成各点的相位导数,得到各点的随机相位谱;然后采用基于功率谱表示的地震动场合成方法,利用快速傅里叶变换技术生成地震动时程。

多阻尼比设计反应谱的非平稳地震动场拟合

采用频域调整方法生成与设计反应谱相吻合的地震动,并利用解析迭代方法计算地震动的反应谱,提出了迭代计算的收敛准则。在相关地震动场模拟方法中,将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅里叶变换技术生成地震动场。将设计反应谱的地震动拟合与非平稳地震动场的合成结合在一起,解决了多阻尼比设计反应谱的非平稳地震动场拟合问题。

随机地震动场激励下拱坝多点输入的抗震可靠度分析

本文首次将空间随机地震动场输入用于拱坝随机振动分析之中,与拱坝三维动力有限元法结合,完成了三维拱坝在空间随机地震动场作用下的随机振动分析方法及算法的研究;另外考虑动力和静力的叠加,提出了三维空间随机地震动场的拱坝抗震可靠度分析方法,最后编制了相应的程序,对小湾拱坝进行了抗震可靠度分析,并与随机变量的结果进行了比较。

汶川县水磨镇地震动场模拟

目的笔者以四川省汶川县水磨镇作为区域研究对象进行村镇区域地震动场模拟,为村镇区域的防震减灾提供理论依据。方法采用随机有限断层法与概率法得到地震动加速度反应谱;并基于弹性波动理论方法,通过该区域各点的地震动平动分量推演得到地震动扭转分量,建立基于地震动扭转分量的地震动场模型。结果通过地震危险性分析得到了该地区50年超越概率63%的地震烈度为6.3度,PGA=60cm/s^(2);超越概率10%的地震烈度为8.0度,PGA=205cm/s^(2);超越概率2%的地震烈度为9.1度,PGA=361cm/s^(2);超越概率0.5%的地震烈度为9.7度,PGA=593cm/s^(2)。结论通过对比基于地震动平动分量和扭转分量的地震动场模型可以看出,地震动扭转分量的影响不容忽视,在预测村镇区域地震风险及村镇建筑抗震设计及分析时应考虑地震动平动分量和扭转分量的综合影响。

地震动场研究状况简介

长期以来,工程地震学者就注意到,如果将在结构物上所得到的强震记录与在自由场地上所获得的强震记录相比较,就会发现前者的高频成分明显地损失很多,而低频成分则比较丰富。若把自由场地的运动作为结构基底的地震输入,是否可将结构物上的地震记录看成为自由场运动通过一个低通滤波器的滤波而得到的结果呢?工程师们通过计算后认为(Duke, Luco, 1970; Ishli, Itoh; 1984),这种滤波效应的一部分可以用土—结构相互作用来解释,其余的部分他们猜想可以归结为由于输入结构基底的高频地震动是逐点变化的,并为此做了一些研究工作。通过结构反应分析,

条形药包爆破震动场的试验研究

通过时条形药包周围实测爆破震动数据采用数值计算方法进行处理，作出了条形药包周围的爆破震动场，使我们对条形药包的爆破地震效应有了全面的认识，从而在实际工程爆破中能够有针对性地进行安全防护。分析研究认为：条形药包周围的震动场由一系列同心椭圆形等震线组成。在爆破近区由于位置因素的影响，等震线的长轴与药包轴线重合；在远区的震动主要受波动干涉作用的影响，致使长轴与药包轴线垂直，因此不能采用集中药包的计算方法。

震后城市地震动场快速评估方法——以福州盆地为例

震后灾情的快速获取是灾后应急的基础,传统的方法是根据现场调查结果决定应急方案。受灾程度的分布常以烈度分布图描述,而烈度又与加速度峰值密切相关。本文提出了一种震后地震动场分布快速评估的方法。该方法将主要依据灾区基岩台站的实时强震记录(无强震记录也行)和该地区的加速度衰减关系,再结合该地区各类场地的地震动放大因子,则可快速估计该地区地震动场分布,从而确定灾情,为政府的应急决策提供依据。

采用谐波合成法对随机地震动场的模拟

基于大跨度的空间结构,在进行地震反应分析时,考虑多点多维激励更接近实际情况的特点,分析了大跨度空间结构在地震作用时表现出非常明显的几何非线性特征,这种非线性特征只有通过时域分析才能得以考虑和处理,而在时域分析中,首先要解决的问题就是模拟地震动场。采用谐波合成法(WAWS法)对随机地震动场进行了模拟。由于在算法中引入了快速傅立叶变换,使得计算时间和计算精度明显提高,从而实现了快速有效地模拟地面运动加速度时程的目标。

拱坝自由地震动场功率谱模型的谱强度

本文建议了一个拱坝自由地震动功率谱模型的谱强度的计算公式，能考虑河谷的放大作用和地震动沿水平方向的衰减效应，并根据真实台阵记录的统计结果确定了水平方向的衰减系数，可供拱坝多点随机振动分析及可靠性评估时参考。

空间地震动场的相干性研究

地震动的空间变化受震源破裂过程、传播途径和场地条件等因素影响,目前地震动场的相干性研究大多是用台阵实测数据,不具有普适性。采用震源位错模型,利用数值方法模拟均匀单一介质随机地震动场的理论地震图,通过对大量计算数据的分析,研究地表地震动场的空间相干性。分析结果表明:数值模拟结果所反应的地震动空间相干性规律与实测数据所反应的规律基本吻合,表明该分析方法和模型的合理性。同时空间地震动场相干性随地震波的传播方向存在各向异性,断层走向是空间地震动场相干性的重要影响因素。该方法是对地震动场相干性具有普适性的一个尝试。