NGA模型概述及其在中国适用性的初步探讨

该文旨在介绍美国下一代衰减关系(NGA)的技术要点和模型建立过程,重点讨论NGA模型对汶川地震的预测值和观测值的比较。通过对Mw7.9级汶川地震的断层距200km以内的基岩场地的地震动参数与NGA模型的预测值进行比较,结果表明:在反应谱短周期段(T<0.5s),观测值比NGA模型预测值略大;而在长周期段(T>1s),NGA模型预测值偏大(预测值与观测值的比值可达3～4)。最后探讨建立中国新一代地震动衰减关系的发展前景和面临的困难。     

喀什国际免税广场设计地震动参数的确定

根据地震危险性概率分析结果,以基岩加速度反应谱和峰值加速度为目标,用数值模拟的方法合成基岩地震动时程,作为基岩地震动输入波,并根据场地土层结构、土动力学参数建立场地地震反应分析模型,对各模型进行地震反应分析计算,得到的地表地震动参数满足设计要求。     

基于我国现行规范场地划分标准的中小震地震动峰值加速度衰减关系

搜集了美国西部近几年的中小地震记录1 321条以及场地钻孔资料,震级范围为M(3.5~6.5),根据钻孔资料将美国西部地震记录,按照我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定进行场地分类,统计得到了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的地震动峰值加速度的衰减关系并分析了其特点。通过将Ⅰ类场地地震动峰值加速度的衰减关系与前人研究的基岩场地衰减关系对比,发现Ⅰ类场地得到的水平和竖向PGA衰减曲线与前人研究的基本一致。由此说明只要场地类别一致,使用不同地区同类场地的中小震记录进行地震动参数研究是可行的。结果为我国的中小震峰值加速度估计提供了依据。     

地震动时-频特性对土层场地地震反应的影响

地震动非平稳特性对土层反应有重要影响。为了能够近似定量控制基岩地震动输入特性,文章首先基于时-频包线函数建立能够表征地震动频率非平稳特性的地震动拟合方法;然后选择3条主频率变化不同的加速度记录,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,设计了用于土层地震反应分析的三种输入方案,拟合完成42条加速度时程;最后,采用非线性场地反应计算方法对三类土体模型进行计算,分析基岩地震动频率非平稳性对地表PGA和加速度反应谱的影响。结果表明：①文章基于时-频包线函数建立的地震动拟合方法能够近似定量控制目标地震动强度与频率非平稳特性,可用于基岩地震动输入的拟合;②当基岩地震动主频率变化显著时,不考虑频率非平稳则存在低估地表地震反应的风险,且场地越硬、基岩峰值越大,低估程度越显著;③地震动频率时变特征对土层地表反应谱高频部分(2～5Hz)的影响与地震动高频成分集中的时间和土层性质相关：当基岩地震动高频成分集中在强震段时,采用仅考虑强度非平稳的拟合方法可在较硬场地得到相对保守的结果;④地震动频率随时间的变化对反应谱放大系数的影响与场地类型和反应谱周期有关,当基岩峰值较大时,对较硬场地5Hz左右的频率成分影响更大,但对三、四类场地条件,则对1Hz左右的土层反应影响更大。因此在拟合基岩地震动时,特别是输入地震动的峰值较大时,应结合结构自振周期、场地条件、工程需要等因素,考虑基岩地震动输入的频率随时间的变化特征,采用全非平稳方法进行人工地震动模拟。文章的研究成果对工程实践中合理设置基岩地震动模拟参数具有重要的指导意义。     

深厚松软场地卓越周期与地面峰值加速度的空间变异特征:以苏州为例

基于区域地震构造与活动性特征,苏州存在遭遇近场中强地震、中远场强地震和远场大地震影响的风险。根据250 m深钻孔信息与111个不同深度原状土样的动三轴试验结果,采用修正Matasovic本构模型描述土的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的。基于393个钻孔的剪切波速资料,以剪切波速不小于700 m/s的岩土层为地震基岩,采用集中质量模型非线性分析法进行钻孔土柱地震反应分析,提出了场地卓越周期的弱震预测法,给出了场地卓越周期和地面峰值加速度(PGA)的空间变化特征:(1)在近场中强地震、中远场强地震和远场大地震的基岩弱震动作用下,场地卓越周期等值线图的空间变异性相似,但PGA放大系数等值线图的空间变异性与基岩地震动特性密切相关。(2)基岩峰值加速度小于0.1g时,PGA的大小主要取决于基岩峰值加速度;反之,基岩地震动频谱特性的影响不可忽略。     

基于ANSYS的三维自由场地震动反应分析

为探究自由场地震反应的基本规律和考虑土-结构相互作用(SSI)时的整体结构地震反应分析提供参考,采用ANSYS建立了三维自由场有限元模型,分别考虑了同一场地在三种不同水平两向基岩输入地震动以及三种不同类型场地在同一水平两向基岩输入地震动下的两种情况,对其进行了地震反应分析。通过对比和分析得到的各类场地地表中心点的绝对加速度、相对位移、各层土体的层间位移峰值以及绝对加速度峰值等指标,得出一些关于此类问题的有用结论,供工程设计及后续研究时参考。     

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。     

地下水位上升对上海软土场地地震反应的影响

根据工程地质勘探和室内外试验建立上海软土场地计算模型,采用Biot动力固结理论,结合弹塑性边界面模型,研究三向地震作用下地下水位上升对场地土层地震反应的影响。利用具有水平和垂直三向完整加速度记录的Taft波构造基岩输入地震动时程曲线,分析三向地震作用下地下水位上升对土层竖向和水平加速度放大效应、竖向与水平加速度峰值比、地表加速度和反应谱特征以及沿土层深度最大孔隙水压力和孔压比的影响。计算分析表明：地下水位上升对水平向和竖向峰值加速度的放大效应影响差异显著,同时对地表加速度及其反应谱特征具有重要影响。地下水位的上升,地表水平峰值加速度放大效应增大,竖向峰值加速度放大效应减小;竖向与水平向加速度峰值比减小;土层高频滤波作用增强,长周期成分放大效应增大;近地表液化土层范围增大,加剧砂土液化危害性。     

NGA模型在芦山地震区的适用性

以2013年4月20日四川M_w 6.7级芦山地震强震动记录为基础数据,分析美国下一代衰减关系项目NGAWest 1与NGA-West 2两组模型在该地区的适用性。选用断层距200 km以内42个台站的主震记录为样本,拟合地震动峰值加速度和典型周期加速度反应谱的衰减关系,对比芦山地震观测数据与NGA模型预测值的差异。结果表明,2组NGA模型整体上均轻微低估了小于0.2 s的短周期处加速度反应谱值,而在大于1 s的长周期处则存在明显的高估现象;NGA-West 2模型在短周期处离散性比NGA-West 1模型有所改善,长周期处的残差略有降低。     

基于宁洱6．4级地震地震动衰减及场地土层分析

基于宁洱6.4级地震的实际地震台网观测数据,结合云南分区地震动特性,以回归分析的方法对此次地震中地震动大小进行衰减分析,以此衰减到场地基岩的理论地震动值,通过一维场地土层地震反应技术分析,得出场地结构物的地震动大小输入,以期为震害分析做出数据支撑。     

非基岩场地地震动转换的适用性分析

基于 NGA 衰减关系中的场地修正模型,将剪切波速 <> V _s30 低于 500 m/s 的非基岩场地上的强震记录转换为 <> V _s30 =500 m/s 的等效基岩记录,对等效基岩记录与基岩记录进行了统计一致性的分析,认为这种转换方法在能够保证等效基岩记录和基岩记录的统计一致性的同时,对于记录数量充足的地震能够有效减小地震动分布的离散,而对于记录数量较少的地震,如果有足够数量的等效基岩记录加入,能够改善其由于基岩记录数量不足或分布不合理所导致的不合理的地震动空间分布。这种方法对于以前限于基岩地震动数量不足或分布不合理而无法进行的研究工作,提供了一种增加可用地震动记录的可能。而对于这种方法的不足和今后需要完善的几个方面问题,也进行了初步的讨论。     

成层场地由基岩反应谱直接计算地表反应谱的等效线性化方法

以太平洋地震工程中心NGA强震数据库为基础，同时收集并分析处理了2008年汶川地震和2011年日本太平洋冲地震的强震记录。通过对近4000个水平地震记录的分析，获得了水平地震动峰值速度(PGV)与阻尼比5%的最大拟速度谱值的简便统计关系式，并与已有研究进行对比验证了该公式的适用性。为了将该公式应用到场地地震反应分析中，用该关系式对近场强震记录进行了回归分析并验证了其适用性。对于水平成层场地，利用笔者提出的PGV与最大拟速度谱的关系式以及速度与应变的近似关系，可由该层的反应谱计算其等效应变，从而可按照等效线性化方法的原理求得传递函数。以加速度反应谱与功率谱密度函数之间的相互转换关系为基础，以功率谱为载体，假定输入地震动为平稳随机过程，根据随机振动理论可由传递函数和输入功率谱算得各层的反应谱。对实际工程场地和竖向钻孔场地的分析表明，该方法有较好的计算精度和适用性。     

Strong motion attenuation relationship for Turkey—a different perspective

For Anatolian earthquakes, there are insufficient strong motion data from rock sites to model an attenuation relationship for Turkey. This necessitates the use of records from soil sites, which are significantly affected by amplification. In order to include soil site data in the attenuation analyses, boreholes were drilled at 64 recording stations on soil sites. After removing the effects of soil amplification, rock site and soil site data were combined to establish an attenuation relationship. Various models were tested through regression analyses using moment magnitude, epicentral distance and threshold peak horizontal ground acceleration. A new attenuation relationship is modeled for Turkey.     

近场地震动峰值加速度及频谱衰减特性研究

计算分析了333组震中距小于40 km的欧洲及其毗邻地区的近场强震动记录的峰值加速度和3种频谱周期参数,采用回归分析方法,探讨了场地类别、震级、震中距等因素对近场地震动特性的影响特征,并统计给出了不同类别场地和震级档的近场地震动峰值加速度和频谱周期的衰减关系。结果表明:震中距是影响近场强震动峰值加速度和频谱特性的重要因素,随着震中距的增大近场强震动峰值加速度逐渐减小;特征周期参数基本上满足随着震中距增大而增大的趋势,且场地越软这一趋势越明显;因为近场地震动的复杂性,场地类别和震级对峰值加速度和特征周期有一定的影响,但具有不确定性。竖向与水平向地震动的加速度峰值比均值为0.60,但约有1/3的强地震动记录加速度峰值比大于2/3;竖向地震动的特征周期约为水平向地震动的0.8倍,且场地越软该值越小。     

近断层速度脉冲地震动对边坡滑移的影响分析

 采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA(next generation attenuation)数据库及汶川地震动记录中选取196条速度脉冲地震动;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体动力非线性,通过对比近断层脉冲及非脉冲地震动引起的不同参数边坡的滑移特征,分析近断层地震动速度脉冲特性及边坡本身参数对滑动位移值的影响;同时对近断层速度脉冲地震动参数与边坡滑移量的相关性做了对比分析。结果表明：(1) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑动位移值远大于近断层非脉冲地震动,对长周期边坡影响尤为明显;(2) 相比非脉冲地震动,脉冲地震动引起的边坡滑动时间较短,且主要发生在地震动起始阶段的较短时间内(速度脉冲段),滑移的坡体具有更大的滑移速度,携带更高的能量,从而对周边环境产生更强的破坏作用;(3) 近断层速度脉冲地震动引起的边坡滑移特征与其速度脉冲特性(持时短、周期长、速度峰值大)密切相关,且峰值地震动速度PGV与边坡滑移量具有高度相关性。最后,通过比较原始速度脉冲地震动及相应的等效脉冲作用下不同参数边坡的滑动位移值,对提取出的等效脉冲预测原始地震动引起的滑动位移的有效性进行分析,并基于此建立脉冲参数–滑动位移曲面。     

汶川MS 8.0级地震诱发崩滑特点及其与地震动参数对应关系初析

2008年5月12日汶川MS8.0级强震诱发了大规模的崩塌滑坡地质灾害,不仅造成了巨额的经济损失,而且造成了众多的人员伤亡。汶川地震诱发崩滑分布受发震断层影响明显,而且在断层两侧不对称分布。分析表明汶川地震诱发崩滑与地震烈度存在相关性,但没有明确的对应关系,与震级、地震动峰值加速度关系较为密切。利用汶川地震在龙门山断裂带及附近地区获得的近40个台站的强震记录,对地震诱发崩滑与地震动峰值加速度的关系进行了初步研究,得到如下结果:地震诱发崩滑与地震动峰值加速度存在正相关性;水平向地震动水平对斜坡稳定性影响更大;在龙门山断裂带及其附近地区存在0.2g的地震动峰值加速度分界线,大于此值时崩滑明显增多。研究结果表明利用地震动峰值加速度对地震诱发崩滑进行研究具有一定理论和实际意义。     

利用强震记录分析汶川地震诱发滑坡

 根据Newmark方法提出一种在已知强震记录和滑坡数据的情况下,推导斜坡临界加速度的方法。采用这种方法,利用汶川地震中理县的3组强震记录数据和地震滑坡数据,得到沙坝台,桃坪台,木卡台附近区域的临界加速度估计值分别为40,50和70 gal。计算结果与灾区实际比较脆弱的地质情况一致。斜坡临界加速度可以作为利用地震动参数判定斜坡在地震作用下是否破坏变形的定量依据,为地震滑坡的定量研究提供一种思路。利用所提出的方法和汶川地震得到的大量强震记录,对龙门山地区的临界加速度进行评估,为震后恢复重建中的工程应用和地震滑坡灾害预测、区划工作提供定量参考信息。研究方法和结果有助于推动我国地震滑坡的定量化研究。     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

基于小波方法的近海域地震动时频特性分析

将小波变换的方法应用于近海场地地震动的时频分析。收集到了美国加州以及日本相模湾近海场地台站地震动加速度记录,并采用Matlab软件对其进行了6层小波包分解。分析了近海场地地震动加速度的能量谱以及时频分布特征,同时与同一地震事件相邻的陆域场地地震动加速度记录以及汶川、芦山地震的内陆场地地震动加速度记录进行比较。研究发现,近海场地地震动能量主要集中在前8阶子频带上,低频带能量占优势,能量分布与陆域相邻场地的不同,内陆地震动则在高频段有明显的能量分布|近海场地水平向和竖向地震动表现出能量分布的宽频带特性,但竖向地震动能量值远小于水平向,地震动能量在时间域内出现明显的二次释放过程。