強地震動場估計中若干問題的研究.pdf

1、在大跨橋梁、長距離管線、大壩等長大空間建、構筑物的地震反應分析中，各輸入點地震動之間的變化會產生重要影響，采用非一致的地震動輸入，得到的結構內力比一致輸入的有明顯差別。需要考慮地震動的空間變化，采用多點激勵，表達地震波到達各墩底的時間不同、各點所受到的激勵之間并不完全相干、不同地點地震動振幅和頻率成分的差別。統(tǒng)計結果表明，在幾百米間距的尺度上，地表地震動的相關性與距離的大小和地震動的頻率范圍密切相關。在低于某一頻率的范圍內，相鄰點地震動

2、是完全相關的，可用確定性的波動理論來解釋；在高于此頻率的范圍，相鄰點的地震動是不完全相關的，顯示出較高的隨機性。從本質上講，這個空間尺度上地震動相互間的相關性是由各點的地震動來源于同一個震源和十分相近的傳播途徑決定的。近場的地震動受震源的影響尤為顯著，震源的埋深、尺寸、方位、運動類型和破裂過程，都強烈地影響近場地震動的特點和空間的分布。
　　本文在我國近場地震動場估計最新進展的基礎上繼續(xù)推進，在四個環(huán)節(jié)上進一步改進，為發(fā)展一套大跨

3、工程結構抗震分析的多點地震動輸入方法，提供技術支撐。
　　首先，指出了盡可能與地震活斷層探查成果、區(qū)域地震學和地球物理學成果密切結合，確定震源模型中全局、局部參數(shù)的重要性。強調發(fā)震斷層位置、產狀和埋藏深度務必要由探查的結果確定；破裂長度、寬度和面積的確定，要充分重視區(qū)域觀測數(shù)據(jù)的作用，即便不能直接觀測到破裂面的參數(shù)，也應參考其他數(shù)據(jù)間接推測；凹凸體位置和尺寸的判斷可以參考斷裂分段資料。通過一工程實例，具體闡述了用截斷正態(tài)分布將兩類

4、震源參數(shù)估計方法結合起來，同時表達不確定性的思路和技術方法。提出了利用試算點地震動反應譜與相應平均反應譜的殘差，選擇表達“平均”特征的震源模型的方法，以避免對地震動場空間特征表達的干擾。
　　接著，對點源引起的高頻地震動的隨機合成方法進行了研究，并從震源幅值譜和相位譜兩方面進行了改進：
　　對震源幅值譜模型的改進體現(xiàn)在兩方面，其一是建立了 Masuda震源譜模型中頻率項指數(shù)與破裂面積的關系，同時保持兩個頻率項指數(shù)之積為2.0

5、，比較好地表達了拐角頻率隨破裂面擴展而逐步降低的趨勢，克服了合成地震動對子源尺寸的依賴性；其二，為體現(xiàn)凹凸體是高頻地震波的主要散射源，用子源地震矩與平均地震矩之比，進一步調整基于整個地震矩推算的拐角頻率，同時將標度因子與錯動量的不均勻分布聯(lián)系起來。既保證了合成地震動幅值及遠場輻射能量不受子源尺寸的影響，又對地震動估計的精度有所改善。最后借助北嶺地震的實測數(shù)據(jù)，對兩種改進效果進行了驗證。
　　對相位譜的改進體現(xiàn)在，強調一個點源引起地

6、震動的相位譜應該與地殼速度結構、介質參數(shù)，尤其是場地與源點的幾何關系密切相關，努力在隨機合成中減少隨機性。提出了將無限均勻介質中剪切位錯源引起的位移所對應的加速度傅式譜的相位譜，與所估計的幅值譜結合，形成復譜，再通過傅立葉逆變換生成加速度時程的方法。算例檢驗的結果表明，得到的加速度時程的反應譜，能夠表征基于大量隨機相位譜合成的地震動的平均水平，亦借助北嶺地震的實測數(shù)據(jù)，驗證了改進方案的可靠性和有效性。本文改進，消除了隨機相位譜對合成地震

7、動場空間特征的干擾。
　　隨后，本文列出了地震學普遍坐標系下無限均勻介質中剪切位錯源引起的位移解的詳細計算過程，推導了普遍坐標系下點源方位、滑動矢量、法向量等計算公式。通過對比分析，研究了數(shù)值積分的簡化及子源上升時間的計算問題，指出：當子源尺寸小于1km時，可考慮用子源面積直接乘上點位錯源引起的位移解，簡化數(shù)值積分；子源上升時間可根據(jù)震級—上升時間統(tǒng)計關系式確定，避免根據(jù)子源錯動量估計。
　　最后，本文研究了高、低頻地震動在

8、時域疊加中濾波和數(shù)值積分、微分的步驟，提出了一些參考原則：高頻地震動位移和速度，可通過對高頻加速度時程積分得到，不必通過修改地震動類型因子重復隨機合成計算；依低頻位移時程推算低頻速度和加速度，低通濾波須在數(shù)值微分后進行，以防止出現(xiàn)振蕩；最終的位移和速度時程可以通過直接疊加濾波后的高、低頻位移和速度時程得到，也可以由疊加后的加速度時程積分得到。
　　近場地震動相當復雜，強地震動場的估計需要持續(xù)不斷地深入，本文的改進可以視為一步推進，