2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟：一种改进的FK方法

将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1～2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5～10 Hz更高频率，是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域（FK）方法，结合GP14.3混合震源模型，实现了0～10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数，有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题；有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合，有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟，通过与8个台站（涵盖了近场、中场和远场）强震记录及相应反应谱的比较显示，模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好，与反应谱在各频段上均表现良好的一致性，很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后，模拟了漾濞地区100km×100km范围内的地面运动场，给出了地面运动峰值分布和波场快照，提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式，获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明：(1)2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应；(2)近场2...     

浅埋三维夹杂及空腔对SH波地面运动的研究

采用基于显示集中质量有限元与透射边界结合的波动问题求解方法,对软硬不同的浅埋夹杂和空腔进行了三维有限元数值模拟,研究了不同软硬的夹杂和空腔对地震动特性(包括峰值加速度和反应谱)的影响,分析了夹杂的软硬程度对地面运动的放大效应的影响。结果表明:空腔对地面运动以及地震动特性影响最大,软弱夹杂次之,硬质夹杂对地震波主要表现为一种强烈的屏障作用;软弱夹杂或空腔存在时,PGA、反应谱峰值都会变大,加速度反应谱峰值周期变小。     

大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析

大跨度斜拉桥各地面支承距离较大 ,一致激励地震输入模式并不符合实际情况 ,应当考虑地震波有限波速传播所引起的行波效应以及部分相干效应和局部场地效应的影响。本文以主跨 1 0 1 8m的某在建大跨度斜拉桥为例 ,数值仿真分析了三种确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励作用下斜拉桥关键部位的地震反应 ,为该斜拉桥的工程设计提供了可靠的理论依据     

近场地震动对基础隔震结构的影响

选用宽频远场地震Kanai-Tajimi模型与He-Agrawal近场脉冲地震速度脉冲模型,对现有的典型近场地震记录进行非线性数值拟合,调整其脉冲分量与宽频分量的比值,得到不同脉冲分量的地震波;文中以一幢8层基础隔震结构为研究对象,分析了合成近场地震波下基础隔震结构的水平及转动动力响应,结果表明含有脉冲分量的近场地震动比远场地震动破坏力更大;基础隔震体系能有效地减小上部结构在近场地震动中的响应。     

强地震动随机合成中震源谱模型的改进

为了消除合成的地震动幅值对子源尺寸的依赖,全面介绍了地震动随机合成中震源谱模型的一个改进,突出凹凸体对高频地震波的控制作用,拐角频率与子源错动量相关,且随着破裂的发展、破裂的子源数目逐渐增加有所降低。同时,提出在震源谱模型中增加标度因子补偿震源谱参数随破裂面扩展变化引起的能量损失的方法,通过算例说明了远场总辐射能随子源尺寸的变化明显减小。     

震源机制和断层面的介质刚度对强地面运动的影响

1999年9月21日台湾集集地震(MW7.6)的近断层强地面运动分布具有2个明显特点:(1)地表水平峰值加速度、峰值速度和位移在断层两侧的分布不对称,上盘效应明显;(2)加速度、速度和位移沿断层方向分布特点不一致。在理论分析和对台湾921集集地震的震源机制和断层面的介质特性研究的基础上,建立起一个简化的有限移动源模型,用有限元方法对设计模型的地面运动进行了数值模拟,模拟结果与921集集地震观测到地面运动分布特点相似,并得到如下结论:在不考虑场地条件等影响因素的情况下,断层面的介质刚度在一定程度上影响近场地震动加速度和速度的大小,地面峰值加速度近似与断层面的介质刚度μ成正比,地面峰值速度近似与断层面的介质刚度的平方根μ成正比。另外,与断层面介质特性有关的断层位错量、断层面的倾角、破裂方式和运动方向等震源机制参数对强地面运动分布特点也有很大的影响。过去的研究通常简单地把近场地面运动分布不均匀性归结为震源破裂过程的复杂性,研究结果进一步表明,震源机制和断层面的介质刚度是造成近场强地面运动分布不均匀性的主要因素,震源的复杂性与震源机制和断层面的介质刚度不均匀分布有关。     

长周期地震动影响因素及频谱参数研究

依据日本防灾科学技术研究所(NIED)地震动数据库的宽频数字记录,统计地震波的傅立叶谱平均周期Tm和加速度反应谱平均周期Tr,分析长周期地震动的主要影响因素;并根据Tm的双拐点震源谱衰减计算式,统计分析地震动峰值加速度和峰值速度比xa/v与Tr之间的关系。结果表明,场地、震中距和震级是形成长周期地震动的主要因素,Tr适合用来评价长周期地震动,Tr和xa/v呈幂指数衰减,并分别给出了震级为6.1、7.2和9.0的三次地震的拟合系数。     

基于随机有限断层法的坝址地震动参数#br# 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。     

基岩地震动随机特性有限元反分析算法

从有限元动力分析的基本原理出发,将地面地震运动看作一个随机过程,利用脉冲响应函数、随机振动理论和傅立叶变换原理,推导了由地面地震运动统计特性反算基岩地震运动统计特性的有限元反分析计算公式,提出了一种用于由地面地震动统计特性计算基岩地震动统计随机特性的二维有限元反分析法。该方法可由已知的地面地震动模型方便地计算出基岩地震动统计参数。算例表明:地层改变了地震动的频率组成,同时对基岩地震动有一定的放大作用,在地下结构抗震计算时,应以基岩地震运动作为地震动输入。     

动剪切模量比与剪切波速对地震动影响及等量关系研究

采用数值模拟方法,研究动剪切模量比和剪切波速对地震动的影响问题,并以对地表加速度反应谱影响为标准研究动剪切模量比变化与剪切波速变化间的对等关系,同时建立了等价关系式,分析中考虑了场地类别、场地遭遇地震强度和地震输入波型的影响。结果表明:①动剪切模量比误差和剪切波速误差对地震动都有着重要影响,在土体强非线性和软弱场地中影响更为强烈,实测的动剪切模量比和剪切波速比真实值低时较比真实值高时对地表反应谱影响更大,三类场地0.1g地震输入时动剪切模量比6%误差或剪切波速25%误差的影响已经不可忽视;②对不同的场地类别、场地地震烈度和地震输入波情况,动剪切模量比单独变化与剪切波速单独变化对反应谱的影响都具有对等关系;③动剪切模量比误差对地震动的影响程度要大于剪切波速误差,二者对地表反应谱的敏感性相差3～5倍,绝对误差相同时动剪切模量比降低情况下与剪切波速的敏感程度相差更大。     

微差爆破引发黄土场地强地面运动特征研究

 通过在黄土高原地区典型震陷性黄土场地实施的微差爆破试验,分析研究爆破引发地震动的时程特征、衰减规律和频谱特性。研究结果表明,微差爆破引发的黄土场地强地面运动具有瞬时较大地震动峰值加速度(PGA)和较短持时的基本特征;有效持时是影响震源设计效果的主要因素,爆破地震动具备持时任意接续特征,利用简单接续即可获得持时较长、频谱特征保持一致的合成时程,该时程对测试不同土体(结构)动力响应特征更为有利。随着距场地中心渐远,地震动频谱响应皆有减弱趋势,频率越高减势越明显;同时,频谱H/V值逐渐增大,反映了水平分量与垂直分量之间能量比值的变动关系。爆破的冲击型能量累积过程中,引发强地面运动的低频能量逐渐丰富,与实际地震动特征渐趋相近。     

1988年肃南地震近场地面运动的随机模拟

 随机法模拟地震动目前主要采用点源模型和有限断层模型两种方法。本文运用随机点源模型拟合肃南中小地震(ML=4.5，1988年12月19日)与实际记录吻合较好。对获得强震记录的肃南地震(Ms=5.7，1988年11月22日)运用点源模型和有限断层模型两种随机方法模拟计算近场区强震地面运动，并同肃南地震台实际观测记录相比较，强调强震近场地震动预测考虑有限断层更符合实际记录。     

分层土-箱基-框架结构在爆破地震作用下的计算分析

以野外大比例(1∶2)分层土–箱基–框架结构试验模型的爆破震动试验数据为基础,利用有限元软件ANSYS二次开发语言apdl二次开发,将多次透射公式(MTF)添加到软件中从而实现对无限域的模拟,进而利用整体动力有限元方法研究人工透射边界、箱基周围回填土属性、软弱夹层及地震波主频范围等参数对上部框架动力反应的影响。数值算例与试验结果对比表明:爆破震动作用下,考虑二阶透射边界的数值结果和试验结果吻合较好,能模拟结构的真实动力反应,而固定边界和固基假定的计算结果偏大;箱基埋置深度浅、下卧土层刚度较大时,箱基周围回填土属性对结构反应影响不大;场地土中的软弱夹层对上部结构起到隔振减震的作用;与高频爆破地震波相比,低频地震波所产生的结构加速度反应更大,对结构破坏作用更强;固基假定下的结构反应计算结果在一些特定情况下并不总偏安全。     

地震场地的综合评定方法

本文给出了一个考虑场地土层的刚度、覆盖土层厚度及软弱夹层、液化土层等因素对场地地震动影响的综合评定方法。该方法根据场地土层的刚度和覆盖土层的厚度，按模糊评判方法确定场地指数μ值，并建立μ值与设计地震反应谱的关系。当场地指数确定时，就可确定用于抗震设计的反应谱。对于场地土层中含有软弱夹层或液化土层的情况，本文还给出了考虑这些影响因素，对场地指数或设计地震动参数进行修正的方法。     

软弱地基浅埋隧洞对场地设计地震动的影响

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比与剪应变幅值之间的关系曲线及各土层的剪切波速;λγ同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞开挖引起的场地地震效应的变化进行了数值模拟。计算结果表明与自由场的地震效应相比,浅埋隧洞对所处场地的地震效应有很大的影响,本文初步给出了这种影响的范围和影响的程度,以及开挖浅埋隧洞所引起的场地地震效应的一些变化规律,为确定地铁附近已建或新建建筑的设计地震动参数提供了参考依据;浅埋隧洞开挖对软弱场地设计地震动参数的影响应引起工程界足够的重视。     

近场脉冲型地震动位移比谱特征研究

非弹性位移比谱是估计工程结构非弹性位移一种简单而有效的方法.以大量的地震动记录为基础,研究近场脉冲型地震动位移比谱的特征,同时考察场地条件、峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)、峰值地面速度(PGV)和最大增量速度(MIV)对近场地震动位移比谱的影响.结果表明近场地震动的脉冲作用在0.2～1.5 s的周期段对位移比谱的影响最大,在此周期段,位移比谱增大了近20%左右;在其他周期段,近场地震动的脉冲作用对位移比谱的影响不明显.通过研究不同地震动参数对近场位移比谱的影响发现,峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)是影响近场地震动位移比谱最大的参数,场地条件对近场地震动位移比谱的影响不大.     

多维地震下考虑地表建筑的土和隧道的振动台试验研究

目前关于地下结构–土体系的地震响应研究多为未考虑竖向地震作用和周围建筑的影响。以隧道–土体系为研究对象,考虑10层地表建筑的影响,进行多维地震波作用下的振动台试验,研究隧道和周围土体的动力响应规律。试验结果表明：隧道和土体在双向地震动输入下的地震响应均大于单向地震动输入的响应。随着地震波输入维数的增加,土体的频谱没有改变。土体和隧道在远场地震波作用下的反应较为强烈,但由于近场地震波具有高能量的速度脉冲,随着输入地震动强度的增大,土体和隧道在两种地震波作用下加速度响应的差异逐渐减小。上部结构–桩基的存在导致隧道中间断面与端部截面处应变的不同,与隧道的端部截面相比,中间断面右侧的应变增大,左侧的应变减小。     

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于 ABAQUS 软件的 32CPU 显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土–框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明：大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。     

地震作用下含倾斜软弱夹层斜坡场地的动力响应特性研究

以四川北部龙门山断裂带附近山区内某核废料处置场为参考原型,概化出含软弱夹层的斜坡场地模型,设计完成该特殊场地在50倍重力加速度条件下的离心振动台模型试验,监测场地在不同输入地震工况下的加速度响应,重点通过加速度放大效应和地震波波动机制探讨软弱夹层和斜坡效应对斜坡场地动力响应的影响,此外,结合传统傅里叶谱和Hilbert边际谱方法,从频域角度展示场地的频谱变化特性。试验结果表明:软弱夹层的加速度放大效应与输入地震动峰值有关,当输入地震动峰值较小时,夹层内响应加速度峰值被削弱,当输入峰值较大时,则被增强;斜坡效应对该场地中软弱夹层内的动力响应存在影响,导致斜坡下的软弱夹层内加速度放大效应增强;随着输入地震动峰值增大,软弱夹层中响应加速度的频率成分发生了变化,高频成分减少而低频成分增加。     

青藏铁路沿线冻土场地地震动特征研究

基于对青藏铁路沿线多年冻土区的现场地质考察、14个典型钻孔的地质编录以及现场测试,获取了青藏铁路沿线多年冻土区土层波速的基本特征。而后结合室内动三轴有关冻土动强度的试验结果,使用该地区50a超越概率为62.5%,10.0%和2.0%的人造基岩地震波输入,通过土层地震反应计算,分析研究青藏铁路沿线冻土区10个冻土场地的地震动加速度时程与加速度反应谱的基本特征及其影响因素,同时,统计研究地温对场地的地震动加速度反应谱的影响。结果表明,青藏铁路沿线多年冻土区土层波速及横波与纵波之波速比值较非冻土区大,地震强度对冻土区场地的地震动加速度幅值具有决定性影响,冻土区典型地震动加速度反应谱的中、短周期成分所占比例较大,冻土场地的地震动加速度反应谱的幅值随地温的降低而普遍减小。