強(qiáng)地震動(dòng)場(chǎng)估計(jì)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(gòu)筑物的地震反應(yīng)分析中，各輸入點(diǎn)地震動(dòng)之間的變化會(huì)產(chǎn)生重要影響，采用非一致的地震動(dòng)輸入，得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力比一致輸入的有明顯差別。需要考慮地震動(dòng)的空間變化，采用多點(diǎn)激勵(lì)，表達(dá)地震波到達(dá)各墩底的時(shí)間不同、各點(diǎn)所受到的激勵(lì)之間并不完全相干、不同地點(diǎn)地震動(dòng)振幅和頻率成分的差別。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在幾百米間距的尺度上，地表地震動(dòng)的相關(guān)性與距離的大小和地震動(dòng)的頻率范圍密切相關(guān)。在低于某一頻率的范圍內(nèi)，相鄰點(diǎn)地震動(dòng)

2、是完全相關(guān)的，可用確定性的波動(dòng)理論來解釋；在高于此頻率的范圍，相鄰點(diǎn)的地震動(dòng)是不完全相關(guān)的，顯示出較高的隨機(jī)性。從本質(zhì)上講，這個(gè)空間尺度上地震動(dòng)相互間的相關(guān)性是由各點(diǎn)的地震動(dòng)來源于同一個(gè)震源和十分相近的傳播途徑?jīng)Q定的。近場(chǎng)的地震動(dòng)受震源的影響尤為顯著，震源的埋深、尺寸、方位、運(yùn)動(dòng)類型和破裂過程，都強(qiáng)烈地影響近場(chǎng)地震動(dòng)的特點(diǎn)和空間的分布。
　　本文在我國近場(chǎng)地震動(dòng)場(chǎng)估計(jì)最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)，在四個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)一步改進(jìn)，為發(fā)展一套大跨

3、工程結(jié)構(gòu)抗震分析的多點(diǎn)地震動(dòng)輸入方法，提供技術(shù)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(xué)和地球物理學(xué)成果密切結(jié)合，確定震源模型中全局、局部參數(shù)的重要性。強(qiáng)調(diào)發(fā)震斷層位置、產(chǎn)狀和埋藏深度務(wù)必要由探查的結(jié)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(cè)數(shù)據(jù)的作用，即便不能直接觀測(cè)到破裂面的參數(shù)，也應(yīng)參考其他數(shù)據(jù)間接推測(cè)；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(shí)例，具體闡述了用截?cái)嗾龖B(tài)分布將兩類

4、震源參數(shù)估計(jì)方法結(jié)合起來，同時(shí)表達(dá)不確定性的思路和技術(shù)方法。提出了利用試算點(diǎn)地震動(dòng)反應(yīng)譜與相應(yīng)平均反應(yīng)譜的殘差，選擇表達(dá)“平均”特征的震源模型的方法，以避免對(duì)地震動(dòng)場(chǎng)空間特征表達(dá)的干擾。
　　接著，對(duì)點(diǎn)源引起的高頻地震動(dòng)的隨機(jī)合成方法進(jìn)行了研究，并從震源幅值譜和相位譜兩方面進(jìn)行了改進(jìn)：
　　對(duì)震源幅值譜模型的改進(jìn)體現(xiàn)在兩方面，其一是建立了 Masuda震源譜模型中頻率項(xiàng)指數(shù)與破裂面積的關(guān)系，同時(shí)保持兩個(gè)頻率項(xiàng)指數(shù)之積為2.0

5、，比較好地表達(dá)了拐角頻率隨破裂面擴(kuò)展而逐步降低的趨勢(shì)，克服了合成地震動(dòng)對(duì)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(jìn)一步調(diào)整基于整個(gè)地震矩推算的拐角頻率，同時(shí)將標(biāo)度因子與錯(cuò)動(dòng)量的不均勻分布聯(lián)系起來。既保證了合成地震動(dòng)幅值及遠(yuǎn)場(chǎng)輻射能量不受子源尺寸的影響，又對(duì)地震動(dòng)估計(jì)的精度有所改善。最后借助北嶺地震的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)兩種改進(jìn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　對(duì)相位譜的改進(jìn)體現(xiàn)在，強(qiáng)調(diào)一個(gè)點(diǎn)源引起地

6、震動(dòng)的相位譜應(yīng)該與地殼速度結(jié)構(gòu)、介質(zhì)參數(shù)，尤其是場(chǎng)地與源點(diǎn)的幾何關(guān)系密切相關(guān)，努力在隨機(jī)合成中減少隨機(jī)性。提出了將無限均勻介質(zhì)中剪切位錯(cuò)源引起的位移所對(duì)應(yīng)的加速度傅式譜的相位譜，與所估計(jì)的幅值譜結(jié)合，形成復(fù)譜，再通過傅立葉逆變換生成加速度時(shí)程的方法。算例檢驗(yàn)的結(jié)果表明，得到的加速度時(shí)程的反應(yīng)譜，能夠表征基于大量隨機(jī)相位譜合成的地震動(dòng)的平均水平，亦借助北嶺地震的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可靠性和有效性。本文改進(jìn)，消除了隨機(jī)相位譜對(duì)合成地震

7、動(dòng)場(chǎng)空間特征的干擾。
　　隨后，本文列出了地震學(xué)普遍坐標(biāo)系下無限均勻介質(zhì)中剪切位錯(cuò)源引起的位移解的詳細(xì)計(jì)算過程，推導(dǎo)了普遍坐標(biāo)系下點(diǎn)源方位、滑動(dòng)矢量、法向量等計(jì)算公式。通過對(duì)比分析，研究了數(shù)值積分的簡(jiǎn)化及子源上升時(shí)間的計(jì)算問題，指出：當(dāng)子源尺寸小于1km時(shí)，可考慮用子源面積直接乘上點(diǎn)位錯(cuò)源引起的位移解，簡(jiǎn)化數(shù)值積分；子源上升時(shí)間可根據(jù)震級(jí)—上升時(shí)間統(tǒng)計(jì)關(guān)系式確定，避免根據(jù)子源錯(cuò)動(dòng)量估計(jì)。
　　最后，本文研究了高、低頻地震動(dòng)在

8、時(shí)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(dòng)位移和速度，可通過對(duì)高頻加速度時(shí)程積分得到，不必通過修改地震動(dòng)類型因子重復(fù)隨機(jī)合成計(jì)算；依低頻位移時(shí)程推算低頻速度和加速度，低通濾波須在數(shù)值微分后進(jìn)行，以防止出現(xiàn)振蕩；最終的位移和速度時(shí)程可以通過直接疊加濾波后的高、低頻位移和速度時(shí)程得到，也可以由疊加后的加速度時(shí)程積分得到。
　　近場(chǎng)地震動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，強(qiáng)地震動(dòng)場(chǎng)的估計(jì)需要持續(xù)不斷地深入，本文的改進(jìn)可以視為一步推進(jìn)，