走联合办刊之路 促进期刊社发展——中国地震局工程力学研究所科技杂志社改革的体会

随着我国防震减灾事业的发展和科技体制改革的深入 ,研究所办科技期刊如何生存与发展 ,面临着严峻的挑战。几年来 ,工程力学研究所科学技术杂志社以读者为中心 ,制定杂志社的发展战略 ,联合办刊 ,加强编辑工作的管理 ,取得了初步成效。

跨断层工程输入地震动模拟及地震响应

为解决跨断层结构输入地震动的问题,揭示其地震响应规律,基于断层物理模型并引入等效脉冲函数,构建考虑地震动空间变化特征的转换矩阵,提出一种高、低频叠加的混合模拟方法,实现断层两侧输入地震动的模拟。首先,依据建立的桥址场地断层模型,采用随机有限断层方法生成目标点位的高频地震动;再由走滑断层两侧地震动的脉冲效应和永久位移的特征,采用不同的等效脉冲模型分别模拟断层平行向和法向的低频脉冲分量,两者在截止频率处采用Butterworth滤波器进行高通和低通滤波,依据场地模型以及走滑断层两侧地震动的空间相干性,建立转换矩阵以模拟其空间变异性,最终将匹配滤波后的高、低频分量在时域叠加得到断层两侧的输入地震动。从时程、频谱以及结构响应三方面验证了模拟结果的合理性。以实际的跨断层悬索桥为研究对象,基于OpenSees建立全桥的三维有限元模型,采用模拟的断层两侧地震动进行动力时程分析。研究结果表明:桥梁跨断层的角度和位置,以及永久位移幅值对跨断层桥梁地震响应有显著影响,较大的残余内力和残余位移是造成跨断层桥梁破坏的重要原因。

面内预起拱型梁端地震损伤控制保险丝力学性能试验研究

工程结构抗震韧性的提升是城市韧性建设的基础。研究具有“保险丝”损伤熔断、损伤可识别、易更换理念的新型结构地震损伤控制构件,对结构体系抗震韧性水准的提升具有重要价值。在前期常规平板型损伤控制保险丝研究的基础上,该文提出了一种利用面内预起拱机制进行梁柱节点损伤控制的保险丝装置。阐明了建议的结构损伤控制保险丝装置(简称保险丝)的构造与工作机理。设计了6个不同预起拱情况、不同长细比的保险丝试件,并采用拟静力加载方式对保险丝的受力机理与抗震性能进行研究。对试验结果的分析发现:与平板保险丝相比,面内预起拱型保险丝的滞回曲线更饱满,受压强度更稳定;预起拱延缓了强度退化;随着长细比减小或预起拱高度的增大,强度退化变缓;分肢转角超过0.07 rad左右时,保险丝受损导致强度逐渐下降,建议对其进行更换。力学模型计算结果与试验结果基本吻合,可估算预起拱型保险丝特征强度。

中国内地变电站地震灾害损失评估研究

根据2014—2021年《中国电力年鉴》和各级政府电力部门官方网站资料,建立了全国变电站基础数据库。在损失评估研究模型中考虑了六氟化硫气体绝缘变电站以及敞开式空气绝缘变电站房屋建筑结构变化的影响。根据中国内地5个地区的六氟化硫气体绝缘变电站数量占比,建立其比例模型。基于六氟化硫气体绝缘变电站高压开关设备原型结构的模拟地震振动台试验以及汶川地震案例给出其经验易损性模型。根据中国内地4个地区的房屋建筑结构比例更新了敞开式空气绝缘变电站房屋建筑易损性模型,从而建立了新的地震损失研究模型。最后给出了中国内地地区以县(区)为单位的变电站在遭受Ⅶ~Ⅹ度地震破坏时的灾害损失、损失密度及损失比图。

1999年中国台湾集集M_(W)7.6地震跨断层场地相对运动

为了获得近断层地震动准确的残余位移信息,提出了一种变步长网格搜索地震动基线校正方法。首先基于1999年我国台湾M_(W)7.6集集地震强震动数据,探讨了近断层地震动的位移特征,然后通过地震动时程初始时刻的校正获得了集集地震多组上、下盘台站之间的相对运动时程数据,分析了分别靠近断层上、下盘场地之间相对运动的位移时程特征。结果显示:近断层地震动的滑冲效应显著,断层的平均滑冲速度可高达1.4 m/s;断层两盘间的相对运动类似于近断层地震动的运动特征,且幅值更大;近断层的残余位移约是断层两盘间最大相对位移的80%.

跨断层工程结构研究中地震断层作用研究综述

强震断层地震动的破坏作用主要表现为断层破裂引起的方向性效应和断层盘间错动引起的滑冲效应。其中断层盘间的滑冲错动会使跨断层结构面临严峻的错断风险,是跨断层结构抗错断设计、分析和进行防灾减灾决策必须考虑的内容和前提。但目前有关跨断层工程结构设计地震动的确定尚缺乏统一的方法和规定。通过对近年来跨断层结构破坏机理研究中的输入地震动,尤其是模型试验中地震动的选取和加载方式的归纳与总结,分析了断层作用地震动选取和加载方法的特点与局限性。针对现阶段强震断层地震动选用和试验加载方式中存在的问题进行探讨,提出断层作用下设计地震动的选取思路和方法,以期为跨断层工程研究输入地震动的选用提供借鉴,也为强震断层地震动模拟方法的研究提供参考。

工程力学研究所地震工程宽带网的建设

计算机技术和网络技术的发展及应用对加快地震工程领域的研究具有重要意义，我们建立内部网站，发布内部信息。通过网络服务器以宽带接入方式访问Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，快速查询国际上有关地震工程、工程振动、防震减灾等方面的科研信息．及时公布和交流最新科研成果，为促进地震工程事业的发展提高了工作效率，简化了工作环节。

“炼有火眼金睛”——记中国地震局工程结构专家孙柏涛

在中国地震局四川汶川8．0级地震现场联合工作队，有位专家一直奔波在都江堰各个救援现场，查验危楼，制定方案，指导救援，被救援队员和灾区群众信赖地誉为“炼有火眼金睛”，他就是中国地震局工程力学研究所副所长、研究员孙柏涛。

地震动持时对工程结构地震反应影响研究进展

地震动工程特性由幅值、频谱与持时三大要素决定,三个要素共同决定了地震动对工程结构破坏作用,工程结构抗震设计与评估等应全面考虑三个要素综合影响。目前来看:关于幅值及频谱的研究成果已广泛应用于各类工程抗震设计与评估,但关于地震动持时这一要素,国内外至今尚无明确的考虑方式和相应设计与评估技术,或考虑相对笼统。部分规范仅在结构地震反应时程分析方面做出了简单规定,尤其是用于确定地震荷载的抗震设计谱,几乎没有反映地震动持时对结构的影响,这远远不能满足性态及韧性等先进抗震方法对地震动作用的迫切需求。因此,关于地震动持时特性及其对工程结构地震反应影响的研究,近期成为一个热门研究课题。本文主要回顾和评述了地震动持时对工程结构地震影响的研究进展,并根据国内外研究现状对地震动持时研究进行了展望,可供分析地震动工程特性及其对结构的影响参考。

2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害,引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查,基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段,初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明,该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化,上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°~3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟,然后,沿坡度为1.5°~5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中,液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前,已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时,泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离,最终拦洪坝溃坝,泥流继续下泄到了金田村和草滩村,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡,泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

土动力学与岩土地震工程

近年来,动力荷载引起的工程建设中的新问题给土动力学的研究不断注入新的活力,提出新的挑战,从而推动其发展和完善。文章简要回顾了土工动力测试技术、土体的动力特性与本构关系、土体液化、土石坝地震响应数值模拟、交通荷载引起的环境振动及长期沉降等方面的研究进展,并对一些需加强和深入的研究方向进行阐述。

2023年甘肃积石山6.2级地震中川乡液化流滑灾害调查及诱因初析

2023年12月18日甘肃省临夏州积石山县发生了6.2级地震,地震导致青海省民和县中川乡金田村和草滩村发生特殊的流滑灾害,其规模之大、灾害之重在国内外实不多见。通过实地考察,得出了地震土壤液化是此次流滑灾害诱因的结论,且此次灾害是近70 a以来首次具有现场实证性质的液化流滑型地震灾害。调查分析结果表明:流滑区上游滑源区地下土壤液化触发了流滑,中游流通区特殊的水文地质条件加剧了流滑的发展;土壤液化潜在多区、多源特性,即中游流通区存在疑似液化区;流滑区地震动强度较大,初步估计地震动峰值加速度值为0.4(±0.1)g。调查分析结果可为认识此次液化流滑灾害提供科学依据。

基于LSTM网络的单台仪器地震烈度预测模型

烈度是地震预警系统的关键产出.如何实现快速预测目标场址的地震烈度是地震预警方法技术研究中的核心问题.本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的单台仪器地震烈度的预测模型(LSTM-Ⅰ).该模型以一个台站观测到地震动参数的时间序列特征为输入,实现动态预测该台站可能遭受的最大烈度.选取了日本K-NET台网记录的102次地震的5103条强震加速度记录训练了神经网络,利用89次地震的3781条数据检验了模型的泛化能力.利用准确率、漏报率以及误报率三个评价指标评价了LSTM-Ⅰ模型的性能.结果表明,当采用P波触发后3 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率为46.78%,出现误报的概率为1.25%;当采用P波触发后10 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率大幅降低到17.6%,出现误报的概率降低到1.14%.结果表明LSTM-Ⅰ模型很好把握住了时间序列中蕴含的特征.进一步基于LSTM-Ⅰ模型评估了Ⅵ度下台站所能提供的预警时间.本文模型能够提供的预警时间与P-S波到时差接近,说明LSTM-Ⅰ模型具有较高的时效性.

中国地震安全农居示范工程综述

本文从建设社会主义新农村的高度,以提高农村民居抗御地震灾害的能力为目标,论述了在我国农村地区实施地震安全农居工程的必要性、可行性和目标;介绍了“十一五”国家防震减灾规划重点项目-地震安全农居示范工程的建设内容。涉及农村民居基础资料调查与抗震能力评价、农村民居抗震实用化技术研究与开发、地震安全农居示范工程建设、农村民居防震减灾知识宣传和技术培训、农村民居抗震技术服务网建设、地震安全农居工程投入机制、政策研究及国际合作等方面。

第11届国际土动力学和地震工程会议及第13届世界地震工程会议砂土液化研究综述

最近国际上土动力学和岩土地震工程方面召开了两次重大学术会议,即2004年1月在美国Berkeley召开的第11届国际土动力学和地震工程学术会议(11thSDEE)以及和2004年8月在加拿大温哥华召开的第13届世界地震工程大会(13thWCEE),对这两次会议中有关砂土液化方面的研究进行综述,力求反映液化研究方面的最新研究进展和发展趋势。

基于双对数正态分布的电瓷型电气设备地震易损性研究

总结了110 kV和220 kV典型电气设备的地震易损性曲线研究成果,考虑不同研究成果的离散性,基于双对数正态分布给出了抗震能力中值、随机性和不确定性建议值。进一步开展220 kV变电站系统的抗震性能分析,定量评价了变电站的功能性。研究结果表明:双对数正态分布可以较好地反映电气设备地震易损性的离散性,尤其是模型、方法等原因导致的不确定性。变电站系统的抗震能力低于电气设备的抗震能力,设计中应采取措施提高变电站的冗余性。变电站系统抗震性能与电气设备抗震能力中值正相关,与随机性和不确定性呈负相关。

我国黄土高原地区地震动衰减关系研究的若干进展

地震动的衰减关系是指地震动随震级、距离和场地条件等变化的经验关系,近年来在我国亦被称为地震动预测方程,是估计地震动及其影响场的主要方法之一,在地震区划和重大工程场地地震安全性评价中被广泛应用。黄土是一种特殊土,在我国广泛分布。我国黄土高原地区地质构造复杂,新构造活动强烈,中强地震频发,地震动的衰减关系有其特殊性,总结我国黄土高原地区地震动衰减关系的研究成果对促进黄土高原地区抗震研究有重要意义。在简要介绍国内外地震动衰减关系研究的基础上,全面系统地总结我国学者在黄土高原地区的地震烈度衰减关系,基岩和土层场地地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及反应谱衰减关系方面的研究成果;评述和讨论在黄土覆盖地区地震动衰减研究领域存在的问题和今后的研究方向。文章的研究工作对从事黄土高原地区地震工程研究的科技人员有重要参考价值。

考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场插值方法

地震发生后,利用强震动观测数据快速生成合理的等震线图是地震烈度速报中的一项关键技术。基于震源参数及烈度衰减规律生成的烈度等震线过于规则,无法反映局部烈度分布特征;而直接采用观测数据通过插值生成的等震线无法合理反映大震的震源效应。为此,提出一种考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场融合克里金插值方法,利用点到点之间的距离来考虑烈度的空间相关性,利用点到源之间的距离来考虑大震的震源效应。首先,在克里金插值方法的框架下,使用粒子群优化算法实现半变异函数的快速自动拟合;其次,通过两种自变量不同的半变异函数拟合实现了对空间相关性和震源效应的考虑;最后,使用日本和中国地震数据的插值结果验证方法的合理性。结果表明,融合克里金插值方法获得的烈度等震线图形状规则,能反映出一次地震的震源效应,且对台站稀疏的情况有较好的适应性,满足地震烈度速报的要求。该方法可为地震烈度速报及地震烈度等震线的绘制提供技术支持。

基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警试验——以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例

2022年9月5日12时52分四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,造成严重的经济损失和人员伤亡.本文利用此次地震中台站记录到的强震动数据,离线模拟基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法.该方法首先构建基于支持向量机的震级预测模型与现地地震动速度峰值(peak ground velocity,PGV)预测模型,而后将每个台站的震级和PGV预测值分别与震级阈值5.7和PGV阈值9.12 cm·s^(-1)做比较,进而得到现地警报级别(0,1,2,3),并用于判断台站附近是否发生潜在破坏.其中,警报级别3为预测震级和预测PGV都超过了阈值,表明在该台站附近有潜在地震破坏且震级偏大.此次地震的离线模拟结果表明:使用P波到达后3 s时间窗,基于支持向量机震级预测模型的单台震级估计标准差为0.35、平均绝对误差为0.27;基于支持向量机PGV预测模型的现地PGV预测标准差为0.34、平均绝对误差为0.32;震级估计误差和PGV预测误差主要分布在±2倍标准差范围内.在不考虑数据打包与传输延时的条件下,地震烈度Ⅶ度区域内的触发台站在震后8 s几乎都发布了警报级别3.在此次地震的震后初期,基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法可以得到可靠的警报预测结果,并为中国地震预警系统升级提供了潜在参考.

考虑椭圆模型M_W≥5.5地震震源参数时域计算方法

为提高时效性,地震预警系统对震源的处理一般采用“点源”假定,不考虑震源尺度、破裂方向和震源区应力降,对震源参数简化处理使得预测地震动参数分布过于粗略,特别是对破坏性大震.本文应用日本地震(M_W≥5.5)强震动数据,考虑椭圆震源模型,提出了一种适用于中、大地震矩震级、拐角频率和应力降等震源参数时域计算方法,并分析了场地效应、地震动传播衰减、震源效应和滤波频带等因素对时域方法的影响.结果表明,该方法能利用P波信息快速获取震源能量释放过程,量化随破裂传播震源谱拐角频率、应力降和破裂面积的演化过程,为地震动预测提供更多重要的震源参数.