近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征

显著的竖向地震动是近断层地震动区别于远场地震动的重要特征之一,为更合理地确定竖向地震动作用,研究了近断层区域竖向地震动的反应谱特征及其与水平向反应谱比值的影响因素.首先,选取1952—1999年世界范围内震级在M5.4—7.6之间的18次地震的地震动记录,研究竖向地震加速度反应谱及其与水平向加速度反应谱比值特征;然后统计分析了断层距、场地条件、震级以及断层机制对竖向与水平向加速度反应谱比的影响.结果表明,一般情况下竖向加速度具有更丰富的短周期分量,并且竖向加速度反应谱衰减较慢;断层距在20km以内的近断层区域、软弱土层场地、中等震级地震和逆断层大震级中长周期范围等条件下,具有较大的竖向与水平向加速度反应谱比值;在近断层区域的结构抗震设计中应充分考虑竖向地震动的影响.     

基于逆断层动力学模型的三维山体地震动谱元法模拟

逆冲断层是常见的断层错动形式,具有释放地震能量大破坏力强的特征,同时大量震害调查和强震观测表明,山体地形对地震动的显著放大效应会进一步加重震害,然而目前还鲜有针对逆冲断层作用下山体地震动模拟的研究。文中即采用谱元法,建立含动力学逆断层震源和三维山体地形的整体物理模型,研究了动力学逆断层地震作用下的三维山体动力响应。文中以高斯型山体为例,对其近断层地震动特性进行了分析,并着重探讨了三维山体地形对逆断层地震动产生的影响。研究表明:(1)动力学逆断层模型很好的契合了近断层地震动特性,在模拟中重现了近断层地震动的方向性效应、上盘效应、集中性效应和地面永久位移等基本特征;(2)山体对近断层地震动放大效果显著,对比无山体情况,山体加速度和位移峰值分别放大了1.79和1.21倍;同时加速度峰值随着山体高程的增加而增加,与山脚处加速度峰值相比,山顶和山腰处的加速度峰值分别放大了2.05和1.28倍;(3)山体地形引发的地震波散射和衍射效应不仅放大了山体和山体毗邻地表的地震动响应,同时延长了地震动在该区域内的响应时间。     

近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特征研究

采用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)非线性力学性能,建立LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型.利用叠加原理得到人工合成近断层脉冲型地震动,从实际典型近断层地震动和人工近断层脉冲地震动输入两个角度出发,以远场地震反应为参照,系统探讨了近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特点以及近断层地震动运动特征的影响规律.研究发现,近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应明显大于远场地震反应值,显著的近断层脉冲效应是隔震储罐设计不容忽视的问题.近断层地震动的PGV/PGA值是决定隔震储罐地震反应的综合指标,PGV/PGA值较大时,隔震储罐地震反应脉冲效应突出.另外,脉冲周期、脉冲参与系数以及脉冲类型也是影响LRB隔震储罐地震反应的重要因素.在脉冲参与系数越大、含有脉冲数量越多的近断层地震动作用下,隔震储罐地震反应越强烈.当脉冲周期接近储罐晃动周期时,晃动波高会出现峰值.     

汶川MS8.0地震近断层强地面运动特征

详细研究2008年5月12日汶川8级地震近断层强地面运动时空分布特征,对揭示这次地震灾害分布特点及其成因具有重要意义。本文较为系统地研究了汶川地震近断层地震动特性(峰值、持时、不同周期的反应谱加速度值)的空间分布及其衰减特征,分析了断层距、场     

近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔震建筑结构抗震性能的影响

选择台湾集集地震和美国北岭地震的近断层地震动记录作为输入,考察了近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应引起的两种不同速度脉冲运动对单自由度体系和长周期橡胶支座隔震建筑结构抗震性能的影响.反应谱分析表明,破裂向前方向性与滑冲效应对工程结构地震响应的影响是随结构周期变化的.在中短周期段,含破裂向前方向性效应地震动的谱加速度值大于含滑冲效应地震动的谱加速度值;而在长周期段,含滑冲效应地震动的谱加速度大于含破裂向前方向性效应的谱加速度值.并且,与无脉冲地震动作用相比,含破裂向前方向性与滑冲效应脉冲的近断层地震动作用下隔震建筑的地震响应显著增大.滑冲效应引起的速度脉冲使隔震建筑底部的层间变形和楼层剪力明显增大,这意味着滑冲效应脉冲比向前方向性效应脉冲对长周期建筑结构的破坏更具危害性.     

芦山7.0级地震近断层地震动的方向性

基于芦山7.0级地震中断层距小于100 km自由场台站的强震动记录观测数据,研究此次地震近断层地震动的方向性特性,并探讨方向性特性与震源破裂机制、断层距离和空间方位的关系.研究结果表明：（1）与距断层较远记录不同,近断层地震动在不同的观测方向上表现出显著的强度差异,存在明显的极大和极小作用方向.在不同的方向上,最大加速度反应可达最小值的4倍以上;（2）这种方向性差异在T=1.0 s以上的长周期段更为明显,在T=0.1 s以下的短周期段,地震动随方向变化的差异较小.地震动强度随方向变化的差异随周期增大而增大,不同方向上的加速度反应谱值的最大值与最小值之比从周期T=0.01 s时的约1.7增大到周期T=10 s时的约2.4;（3）在距离断层约35 km以内,地震动具有明显方向性,地震动卓越方向具有垂直断层走向的特征,随断层距的增大,这种方向性不明显.从不同方向上地震动强度的差异来看,随断层距增大,地震动强度在不同方向上的差异在减小,表现为各个周期的最大值/中值和最大值/最小值比值均随断层距离增大缓慢减小;（4）近断层地震动的方向性特性主要受断层上、下盘的相对运动所控制,其在长周期的卓越方向与水平同震位移方向一致,且该卓越方向上的地震动强度绝对大小与地震破裂造成的静态位移明显相关,表现为地震动强度随水平同震位移的增大而增大.     

近断层强震地面运动幅值与持时特性研究

近年来的强震地震观测资料研究显示,近断层地面运动具有区别于远场地震动的显著特征。在收集世界范围内近断层观测记录的基础上,按场地和震级进行分类,采用统计分析的方法研究了近断层地震动的峰值、反应谱谱值和持时特征。研究结果表明,由于方向性效应的影响,两个水平分量的峰值存在显著差异,反应谱的谱值更显著,震级对地震动持时的影响比断层距的影响要大得多,在此基础上,建立了近断层地震动水平向和竖向分量持时的回归关系式,并与其他研究者进行对比,说明了其合理性,为进一步研究提供参考。     

甘肃华亭矿区设定地震的地震动场影响研究

近断层区域地震动的分布特征对断层附近工业矿区及矿区内工业建筑的抗震设计具有重要意义。针对甘肃省华亭地区及其附近区域展开研究,分析历史地震、地震构造及小震活动等,结合中国大陆地区中—长期危险性研究给出的大震危险区判定成果,预测了设定地震发生时近断层地震动的分布情况。结果表明,当六盘山南段断层发生M7地震时,潜在破坏性地震动的影响范围集中在震中及断层附近区域,沿断层走向展布。峰值加速度的范围约为0~1 500 cm/s2,其中华亭地区峰值加速度约为100 cm/s2,华亭地区东侧的宁县南煤矿和宁县中煤矿的峰值加速度约为50 cm/s2。     

基于有限断层动力学模型的逆断层—三维层状沉积盆地地震动模拟

近断层效应使得沉积盆地对地震动放大效应更为复杂。本文针对逆断层发震下三维层状沉积盆地地震反应,基于波动谱元法,采用有限断层动力学模型,模拟断层动力破裂、地壳层地震波传播和层状沉积盆地对地震波散射全过程。在此基础上,对比分析了层状和均质沉积盆地对近断层地震动放大效应的影响,讨论了不同断层倾角下层状沉积盆地地震动加速度特性。结果表明：层状沉积盆地PGA空间分布与均质沉积盆地存在较大差异,由于近断层效应和盆地效应,层状沉积盆地地表局部范围竖向PGA大于水平向PGA;90°断层倾角下层状沉积盆地地表地震动放大范围与60°断层倾角结果明显不同,主要集中在盆地中心区域和断层附近,且幅值远小于60°断层倾角下结果;沿断层走向,盆地内地表地震动加速度峰值对应时刻较盆地外延后。     

近断层地震动作用下设计速度反应谱研究

近断层地震动是一种特点明显且破坏力巨大的地面运动,其速度反应谱与远场地震动的速度反应谱有显著不同。本文从美国太平洋地震工程研究中心（PEER）强震数据库选取具有特定震级、震源机制、土层剪切波速和断层距的30条近断层地震记录作为输入;运用状态空间法,利用MATLAB进行地震动作用下单自由度体系的运动方程计算得到体系的速度反应谱;通过标准化、求均值的方法研究速度反应谱的特征;按照速度反应谱峰值对应的周期对所选的30条地震记录进行分组,并用分段线性拟合方法建立了设计速度反应谱;通过不同组的设计速度反应谱与速度反应谱平均值的对比,验证本文提出的设计速度反应谱的合理性。研究结果表明,近断层地震动下的速度反应谱谱形包括四个阶段;结构的阻尼比对速度反应谱的谱形没有影响,但是会影响速度反应谱的谱峰值,结构阻尼比不同时,两两比较后的最大相对误差为16.68%。     

缺乏近断层强震观测资料地区抗震设计规范反应谱研究

根据最近几次的近断层地震观测记录研究显示，在现行结构抗震设计规范中很少考虑近断层效应的影响，对于缺乏近断层强震观测资料地区，抗震设计规范的改进方法及近断层效应的设计参数还没有统一结论. 本文基于UBC97近断层因子设计理念， 在收集世界范围内近断层观测记录的基础上，按场地和震级进行分类，建立了中长周期关键点处的加速度谱需求的衰减关系式，推导给出了缺乏近断层观测资料地区近断层影响因子的震级和断层距的关系式. 并以我国现行的建筑抗震设计规范为基础，建议了近断层影响因子的参考取值和修正后的反应谱曲线，为我国结构抗震设计提供了参考.      

Response spectrum of seismic design code for zones lack of near-fault strong earth- quake records

It was shown from the study on the recently near-fault earthquake ground motions that the near-fault effects were seldom considered in the existing Chinese seismic code. Referring to the UBC97 design concept for near-fault factors, based on the collected world-widely free-site records of near-fault earthquakes ground motions classified by earthquake magnitude and site condition, the attenuation relationship expressions of the acceleration spectrum demand at the key points within the long period and moderate period were established in term of the earthquake magnitude and the site condition. Furthermore, the near-fault factors’ expressions about the earthquake magnitude and the fault distance were deduced for the area lack of near-fault strong earthquake records. Based on the current Chinese Building Seismic Design Code, the near-fault effect factors and the modified design spectral curves, which were valuable for the seismic design, were proposed to analyze the seismic response of structures.     

Aseismic design implications of near-fault san fernando earthquake records

Near-fault records of the 1971 San Fernando earthquake contain severe, long duration acceleration pulses which result in unusually large ground velocity increments. A review of these records along with the results of available theoretical studies of near-fault ground motions indicates that such acceleration pulses may be characteristic of near-fault sites in general. The results of an analytical study of a building severely damaged during the San Fernando earthquake indicate that such severe, long duration acceleration pulses were the cause of the main features of the observed structural damage. The implications of such pulses on current aseismic design methods, particularly those used to establish design earthquakes, are examined for buildings located near potential earthquake faults. Analytical studies of the non-linear dynamic response of single and multiple degree-of-freedom systems to several near-fault records, as well as to a more standard accelerogram, indicate that at near-fault sites: (a) very large displacement ductilities may result for current levels of code design forces; (b) smoothed elastic design response spectra should reflect the larger ground velocities that may occur; and (c) peak inelastic response cannot reliably be inferred from elastic response predictions.     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

近断层速度脉冲型地震动特征周期的估计与调整

基于美国NGA数据库,在断层投影距小于25 km范围内挑选了1387条地震加速度记录,分别按照断层距和场地条件进行分组,对近断层速度脉冲型地震动的频谱特性、特征周期,及其与断层距、震级的相关性予以分析。结果显示:① 出现速度脉冲型地震动的比例与断层投影距之间存在明显的线性相关关系,但其与震级的变化不相关;② 地震动速度脉冲周期与震级之间存在强相关;③ 对于近断层速度脉冲型地震动,采用动态变化的加速度和速度反应谱峰值周期进行特征周期的计算,更加符合真实情况;④ 地震动速度脉冲有放大地震动特征周期的作用,水平向放大的比例与竖向相当,且放大作用与场地条件相关,在较硬场地上放大较多。本文基于上述近断层地震动的统计分析结果,对现行抗震设计规范中定义的特征周期提出了适合于工程应用的调整系数,并建立了速度脉冲周期与震级之间的关系模型,分析结果显示二者的拟合效果较好。      

Damping coefficients for near-fault ground motion response spectra

Damping coefficients are frequently used in earthquake engineering as a simple way to adjust the pseudo-acceleration or displacement response spectra associated with a viscous damping ratio of 5% to the higher values of viscous damping needed for design of structures equipped with base isolation and/or supplemental energy dissipation devices. In this study, damping coefficients for the single-degree-of-freedom system subjected to near-fault ground motions are calculated for a large range of periods and damping levels. The results indicate that damping coefficients proposed in design codes and previous studies, based primarily on far-field ground motion records, tend to not be conservative for near-fault seismic excitations. A new approach is recommended for the derivation of damping coefficients appropriate for engineering analysis and design in the immediate vicinity of the earthquake fault. This includes the normalization of the period axis with respect to the duration of the ground velocity pulses recorded in the near-fault region. The pulse duration is controlled by the rise time on the fault plane and scales directly with earthquake magnitude.     

近断层地震动场预测——以长春市为例

断层带附近地震动场分布的研究,是当前地震工程领域研究的热点问题之一。近断层地震动场的分布对在断层附近进行抗震结构设计时,不仅是提供地震动输入,也是确定建设场地避让范围的重要依据之一。以区域地震构造背景分析、目标断层活动性鉴定、地震危险性评价为基础,结合断层探测结果,利用统计经验关系等最终确定发震断层,并建立相应的震源模型。采用显式有限元和并行计算技术计算目标区域场地的长周期地震动。利用有限断层随机合成的方法,计算高频地震动。将低频和高频地震动合成为目标区域内的宽频带地震动时程。对局部特殊场地条件地区,基于场地调查和勘探的数据,利用等效线性化等方法进行一维土层的非线性反应计算,给出这些特殊场地的宽频带地震动时程。最后,根据地震动时程获得设定地震发生时,目标区域的峰值加速度分布预测图和相应的反应谱。以长春市为例预测了在设定地震发生时,近断层地震动场的分布情况。当长春尖山子—卡伦断层发生6.0级地震时,潜在破坏性地震动的影响范围集中在附近,沿断层走向分布。加速度峰值沿断层垂直变化,主要为90 Gal～140 Gal。只是在长春市南部加速度峰值达到200 Gal。本研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

四川九寨沟MS7.0地震的地震动分布和衰减特征初步分析

2017年8月8日在四川阿坝州九寨沟县发生了M_S 7.0地震,这是继2008年四川汶川M_S 8.0地震和四川芦山M_S 7.0地震后在此地区发生的又一强震。本研究对此次地震中的66组主震记录进行了常规校正处理,基于此分析了此次地震中典型台站——九寨百合台站的地震动特征,并通过地震动的峰值加速度、反应谱参数分析了近场效应特征。研究结果表明:九寨百合台站的三分量峰值加速度都超过了100 gal,而地震动持时相对较短,并且三分量反应谱在短周期大于Ⅷ度多遇地震设计谱,小于Ⅷ度罕遇地震设计谱;由于九寨沟地震属于典型的走滑型地震,因此地震动参数的方向性特征不明显;九寨沟地震的地震动的峰值加速度以及反应谱谱值小于同等震级的芦山地震,并且小于几个典型衰减关系的预测值。对九寨沟地震的地震动参数特征研究表明,此次地震是一次震级较大、但灾害损毁程度较低的地震。     

the faulting characteristics of 2008 wenchuan ms8.0 earthquake and its relation with strong ground motion

The 2008 M_S8 Wenchuan earthquake occurs on a high angle listric thrust fault. It is the first time that the near and far field strong ground motion was observed for such special type thrust earthquake. This paper jointly interprets the distribution of peak acceleration of ground motion data with seismogenic structure and slip propagating process to investigate how high angle listric thrust fault controls the pattern of strong ground motion. We found that the distribution of peak acceleration of strong ground motion during the Wenchuan earthquake has four distinctive features: 1)The peak acceleration of ground motion inside the Longmenshan fault zone is large, that is, nearly twice as strong as that outside the fault zone; 2)This earthquake produces significant vertical ground motion, prevailing against horizontal components in the near field; 3)The far field records show that the peak acceleration is generally higher and attenuates slower versus station-fault distance in the hanging wall. It is doubtful that the attenuation of horizontal components also has the hanging wall effect since no evidence yet proving that the unexpected high value at long distance need be omitted; 4)As to the attenuation in directions parallel to the source fault(Yingxiu-Beichuan Fault), the far field records also exhibit azimuthal heterogeneity that the peak acceleration of horizontal components decreases slower in the north-northeastern direction in which the co-seismic slip propagates than that in the backward way. However, the attenuation of vertical component displays very weak heterogeneity of this kind. Synthetically considered with shallow dislocation, high dip angle, and prevailing vertical deformation during co-seismic process of the Wenchuan earthquake, our near and far field ground motion records reflect the truth that the magnitude of ground motion is principally determined by slip type of earthquake and actual distance between the slipping source patches and stations. As a further interpretation, the uniqueness of high angle listric thrust results in that the ground motion effects of the Wenchuan earthquake are similar to that due to a common thrust earthquake in some components while differ in the others.