基于記錄與調(diào)查的汶川地震若干問(wèn)題研究.pdf

1、地震工程的研究手段主要包括：震害調(diào)查、強(qiáng)震觀測(cè)、模型試驗(yàn)和數(shù)值分析，由于大地震本身較少，同時(shí)造成嚴(yán)重震害并且獲得強(qiáng)震動(dòng)記錄的大地震就更少，一般的研究就更多的集中在利用模型試驗(yàn)和數(shù)值分析方面，而基于震害調(diào)查和強(qiáng)震觀測(cè)的研究較少，在國(guó)內(nèi)這一點(diǎn)更為突出，我國(guó)雖然是一個(gè)遭受地震災(zāi)害非常嚴(yán)重并且對(duì)地震進(jìn)行記錄和研究最早的國(guó)家，但是在汶川地震之前近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄一直非常匱乏。2008年5月12日發(fā)生在四川省的汶川8.0級(jí)大地震震動(dòng)強(qiáng)度大、影響范圍廣

2、，對(duì)我國(guó)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，再一次表明了抗震減災(zāi)工作的必要性和重要性。這一次地震中收集到了大量的近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄，并且在震后進(jìn)行了大量的震害調(diào)查工作，這兩項(xiàng)資料極大的豐富了我國(guó)大地震和震害的研究素材，為對(duì)汶川地震展開(kāi)科學(xué)研究工作奠定了基礎(chǔ)。本文利用近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄和建筑物的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，以強(qiáng)震記錄為主線首先對(duì)近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄進(jìn)行了校正處理、分析了速度和位移特征，然后利用強(qiáng)震動(dòng)記錄估算了地面傾斜情況，接著利用近斷層強(qiáng)震動(dòng)記錄反

3、演了本次地震的震源破裂分布情況，最后分析了震害分布的特征及其和強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)之間的相關(guān)性，得到了以下一些認(rèn)識(shí)和成果：
　　 1.系統(tǒng)回顧了自強(qiáng)震動(dòng)儀發(fā)明和應(yīng)用以來(lái)，在模擬記錄和數(shù)字記錄兩階段對(duì)近斷層加速度記錄進(jìn)行校正的發(fā)展歷程和方法，分析了六類噪音源的影響，把校正方法分成兩類5種，分析了每種方法的要點(diǎn)，并明確提出了評(píng)估校正結(jié)合合理性的6條準(zhǔn)則。指出了汶川地震中記錄漂移的復(fù)雜性，把漂移類型分成了6大類，其中起始漂移和復(fù)雜漂移為首次提出

4、。分析了零線調(diào)整數(shù)據(jù)選取不同造成的校正誤差，明確指出應(yīng)使用地震波到達(dá)之前部分要優(yōu)于整個(gè)事前部分。根據(jù)漂移特征，改進(jìn)了單段式和雙段式校正方法，并提出了分部校正方法。研究了校正前后加速度的差異，指出對(duì)峰值影響很小，而傅里葉譜和反應(yīng)譜在長(zhǎng)周期部分（約15s以上）可能會(huì)有極大差異。根據(jù)校正結(jié)果研究了速度脈沖的單雙側(cè)性和周期特征，給出了脈沖幅值在14cm/s以上的存在區(qū)域，分析了上下盤(pán)、方向性效應(yīng)對(duì)速度脈沖的影響。并通過(guò)PGV/PGA的比值來(lái)分析

5、了對(duì)脈沖的判斷，指出存在脈沖時(shí)該比值要明顯大于沒(méi)有脈沖時(shí)的情況。利用小波分析方法給出了控制速度和位移的加速度成分，顯示了三者不同的頻段特性。結(jié)合GPS結(jié)果指出了位移場(chǎng)的特征，并統(tǒng)計(jì)了永久位移同斷層距之間的關(guān)系。比較了PGA、PGV、PGD以及RGD之間的關(guān)系，對(duì)定性判斷各個(gè)值的大小提供了基本參考。最后分析了單、雙側(cè)濾波的影響，結(jié)果表明濾波后的PGV、PGD和RGD同真實(shí)結(jié)果會(huì)有很大的差異。
　　 2.根據(jù)傳感器擺的運(yùn)動(dòng)方程，分析

6、了地面傾斜對(duì)三分量加速度記錄影響的差異，表明地面傾斜對(duì)水平向記錄可能產(chǎn)生明顯的影響，影響的頻段主要集中在低頻部分。介紹了基于傅里葉譜比和小波變換來(lái)從加速度記錄中估算地面傾斜值的方法，并使用譜比法計(jì)算了主震中近斷層36個(gè)臺(tái)站和6個(gè)余震中12個(gè)臺(tái)站處的地面傾斜值，結(jié)果表明主震中的地面傾斜基本在1.0°以下，部分臺(tái)站處存在地面殘余傾斜值。傾斜結(jié)果表明發(fā)生0.1°傾斜的地方基本在斷層距30km以內(nèi)，在斷層距100km以外或者均方根加速度值小于2

7、00cm/s2時(shí)則很少發(fā)生0.01°以上的地面傾斜情況。根據(jù)主震傾斜結(jié)果分析了離中央地表破裂跡線和前山地表破裂跡線最近的兩個(gè)臺(tái)站傾斜、斷層法線和平行向傾斜、上下盤(pán)地面傾斜以及逆沖段和走滑段傾斜、譜比與傾斜等情況的特征和差異。余震傾斜結(jié)果表明很少出現(xiàn)大于0.001°以上的地面傾斜值，在5.3級(jí)以下地震引發(fā)0.001°以上傾斜的可能性非常低。進(jìn)一步分析了水平向記錄地面傾斜和積分漂移之間的關(guān)系，結(jié)果表明傾斜對(duì)應(yīng)的低頻段積分結(jié)果基本上與整個(gè)記錄

8、的積分重合，但是相對(duì)于漂移的普遍性，估算出存在明顯傾斜的臺(tái)站要少很多，并根據(jù)校正前后傅里葉譜比的差異探討了特征頻率的合理取值。
　　 3.總結(jié)回顧了基于觀測(cè)記錄反演震源過(guò)程的研究進(jìn)展，分析了使用遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)震記錄和近場(chǎng)強(qiáng)震記錄進(jìn)行反演之間的差異。系統(tǒng)的闡述了使用近斷層強(qiáng)震記錄進(jìn)行反演中涉及的震源理論、模型離散和方程形成、相關(guān)約束、反演理論以及多時(shí)間窗反演等相關(guān)內(nèi)容，提出了使用條件數(shù)來(lái)確定約束因子的方法并使用數(shù)值算例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)合汶川

9、地震的地質(zhì)構(gòu)造背景、地表破裂調(diào)查數(shù)據(jù)和既有的反演結(jié)果，建立了單一平面破裂模型，對(duì)比選擇了適當(dāng)?shù)陌l(fā)震時(shí)刻作為起始時(shí)刻，指出了強(qiáng)震記錄地震波初到時(shí)的選取方法并校正了選取的120km以內(nèi)的44個(gè)臺(tái)站記錄的到時(shí)。根據(jù)反演能力把子斷層劃分為5km*5km，共計(jì)512個(gè)子源，結(jié)合分辨能力的要求和記錄中噪音的特征，確定了用于反演的速度時(shí)程的頻段為0.05～1hz。利用程序包COMPSYN計(jì)算理論地震圖，并對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷囊员阌谶M(jìn)行反演方程的形成，

10、利用非負(fù)最小二乘方法計(jì)算了1～4個(gè)時(shí)間窗下不同約束權(quán)重和數(shù)據(jù)組時(shí)斷層面上滑動(dòng)量的分布，結(jié)果同地表破裂調(diào)查結(jié)果和既有的反演結(jié)果之間的主要特征符合得較好。
　　 4.回顧了我國(guó)震害評(píng)估的歷史和發(fā)展，介紹了震害指數(shù)的提出和使用方法，并總結(jié)對(duì)比了其在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的發(fā)展過(guò)程。介紹了汶川地震中使用震害指數(shù)對(duì)170個(gè)調(diào)查場(chǎng)點(diǎn)五類建筑物的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合實(shí)際震害分析了斷層、地形和土層對(duì)建筑震害的影響情況。統(tǒng)計(jì)給出了5類建筑的震害指數(shù)和烈度

11、區(qū)的關(guān)系，結(jié)果顯示了2008版中國(guó)地震烈度表中對(duì)建筑分類的合理性，分析了在Ⅵ度和Ⅺ度區(qū)內(nèi)平均震害指數(shù)異常的原因。分析了震害指數(shù)離斷層距增加而衰減的特點(diǎn)，指出使用雙對(duì)數(shù)線性關(guān)系可以較好的表示這種衰減關(guān)系，給出了相關(guān)的擬合參數(shù)。利用震害指數(shù)對(duì)比和衰減特征分析了5類建筑的抗震能力的差異，并指出建筑震害之間具有高度線性相關(guān)性。提出了歸一化方法來(lái)對(duì)分析PGA和震害指數(shù)之間的關(guān)系，指出歸一化后的水平向記錄的PGA衰減曲線和磚混建筑的比較接近，而豎向