基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的汶川地震場(chǎng)地效應(yīng)研究.pdf

1、場(chǎng)地效應(yīng)一直以來(lái)是地震工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。利用數(shù)值模擬和理論計(jì)算的方法進(jìn)行這方面的研究已極為普遍。由于不需要太多的假設(shè)和簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程，基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的場(chǎng)地效應(yīng)分析方法越來(lái)越得到認(rèn)可而被廣泛應(yīng)用。2008年汶川地震中，我國(guó)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(NSMONS)在主震和余震中分別獲得了大量高質(zhì)量的自由場(chǎng)加速度記錄。這些記錄為研究汶川地震場(chǎng)地效應(yīng)提供了良好契機(jī)。本文以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從場(chǎng)地類別劃分、場(chǎng)地反應(yīng)廣義反演和場(chǎng)地反應(yīng)非線性識(shí)別三方面開展研究，

2、旨在拓寬強(qiáng)震動(dòng)記錄在我國(guó)科學(xué)研究和工程實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，推進(jìn)強(qiáng)震觀測(cè)事業(yè)的發(fā)展。主要工作如下:
　　(1)在總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外三種常用的HVSR場(chǎng)地分類方法的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了一種新的分類方法——譜比熵權(quán)決策法，改進(jìn)了現(xiàn)有方法;采用這四種方法劃分了汶川地震中54個(gè)強(qiáng)震動(dòng)固定臺(tái)站和66個(gè)流動(dòng)臺(tái)站的場(chǎng)地類別，通過(guò)比較不同分類結(jié)果的差異驗(yàn)證了新方法較以往方法更具合理性。
　　(2)提出了一種新的基于HVSR形狀的場(chǎng)地分類標(biāo)準(zhǔn)，在

3、汶川地震強(qiáng)震動(dòng)流動(dòng)臺(tái)站的場(chǎng)地分類中證實(shí)了新標(biāo)準(zhǔn)提高了分類準(zhǔn)確率，有效地解決了以往方法當(dāng)HVSR曲線出現(xiàn)多個(gè)峰值或沒(méi)有峰值的情況下無(wú)法適用的局限性;另外分類結(jié)果還表明，HVSR方法識(shí)別的場(chǎng)地自振周期TG與臺(tái)站高程存在一定的相關(guān)性，總體上，高海拔地區(qū)的臺(tái)站場(chǎng)地TG相對(duì)較小。
　　(3)選取了汶川地震余震中28個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站在96個(gè)地震中獲取的602組記錄，采用廣義反演法（GIT法）分離了其震源、路徑、場(chǎng)地三項(xiàng)因素;針對(duì)臺(tái)站062WUD，

4、采用標(biāo)準(zhǔn)譜比法（SSR法）估計(jì)其場(chǎng)地反應(yīng)并與GIT法的結(jié)果進(jìn)行比較，顯示兩者較為一致，驗(yàn)證了廣義反演結(jié)果的可靠性;將GIT法獲得的28個(gè)臺(tái)站的場(chǎng)地反應(yīng)與HVSR法獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)HVSR法計(jì)算的臺(tái)站場(chǎng)地卓越頻率與GIT法較一致，但場(chǎng)地反應(yīng)幅值大都低于GIT法，驗(yàn)證了HVSR法能很好地估計(jì)場(chǎng)地卓越頻率但會(huì)低估場(chǎng)地反應(yīng)幅值的已有認(rèn)識(shí);在對(duì)數(shù)刻度下回歸了1.0-5.0Hz、5.0-10.0Hz及1.0-10.0Hz頻率段內(nèi)的平均場(chǎng)地放

5、大因子與上地表土層20m深度的等效剪切波速Vs20值的線性關(guān)系，結(jié)果顯示兩者具有較好的相關(guān)性。
　　(4)在運(yùn)用廣義反演法對(duì)汶川地震場(chǎng)地非線性反應(yīng)進(jìn)行識(shí)別與分析過(guò)程中，定義了一種新的表示場(chǎng)地至地震源（site-to-source）距離的形式——凹凸體距，并驗(yàn)證了其相比目前常用的破裂距、斷層距和震源距更能科學(xué)近似地表示大震中場(chǎng)地至地震源的距離，解決了廣義反演方法不適用于大地震的局限性。
　　(5)提出了將S變換應(yīng)用于場(chǎng)地地震反

6、應(yīng)的非線性識(shí)別與分析的研究思路，與GIT法和HVSR法分別對(duì)33個(gè)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站在汶川地震主震中的場(chǎng)地地震反應(yīng)進(jìn)行非線性識(shí)別與分析，結(jié)果表明當(dāng)?shù)卣饎?dòng)PGA大于300cm/s2或PGV大于20cm/s時(shí)，場(chǎng)地地震反應(yīng)出現(xiàn)明顯的非線性現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)臺(tái)站051AXT、051GYS、051GYZ、051JYC、051JYD、051JYH、051JZW、051MXN、051SFB和062WUD在汶川地震主震中產(chǎn)生了顯著的場(chǎng)地非線性反應(yīng);通過(guò)與GIT法和H

7、VSR法的研究結(jié)果進(jìn)行比較，證實(shí)S變換在時(shí)域內(nèi)可有效地進(jìn)行場(chǎng)地反應(yīng)的非線性識(shí)別，并且較頻域方法具有能識(shí)別非線性發(fā)生的具體時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
　　(6)在對(duì)汶川地震場(chǎng)地地震反應(yīng)進(jìn)行非線性識(shí)別過(guò)程中，分析了GIT法和HVSR法獲得的弱、強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)作用下的場(chǎng)地卓越頻率之比RFp與地震動(dòng)水平PGA、PGV以及場(chǎng)地系數(shù)Vs20、Vs30之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示RFp與PGA、PGV存在較強(qiáng)的正相關(guān)性，卻與Vs20、Vs30弱相關(guān);提出了一種新的定義