本文關(guān)鍵詞：高頻地震動隨機(jī)模擬方法研究

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【摘要】：基于地震動時程記錄、震源破裂過程和場地模型的近斷層強(qiáng)地震動模擬方法是目前估計地震動輸入的重要方法之一,也是巖土地震工程研究的熱點(diǎn)問題之一。由于大部分建筑自振周期在3.0s以內(nèi),因此對地震動的高頻成分更為敏感。本文以適用于模擬高頻地震動的隨機(jī)模擬方法為研究對象,系統(tǒng)地歸納和總結(jié)了該方法的研究歷史和現(xiàn)狀,詳細(xì)介紹了其模擬的原理,并評述了隨機(jī)點(diǎn)源模型和有限斷層模型的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,針對該方法中存在的一些問題,開展了深入系統(tǒng)的研究,主要研究工作和取得的成果如下:1.建立了拐角頻率和震源破裂速度的關(guān)系。推導(dǎo)了震源譜中拐角頻率的表達(dá)式,明確了推導(dǎo)過程中的假設(shè)條件和適用范圍,闡明了拐角頻率在不同的假設(shè)條件下有不同的表達(dá)式。結(jié)果表明,無論是點(diǎn)源模型還是有限斷層模型,拐角頻率應(yīng)和破裂速度有直接的聯(lián)系。本文給出的拐角頻率和破裂速度之間的表達(dá)式,可以彌補(bǔ)Boore和Motazedian有限斷層模擬程序在理論上的不完善和矛盾之處,在理論上補(bǔ)充和完善了拐角頻率的表示方法。2.統(tǒng)計分析了汶川特大地震主、余震高頻衰減參數(shù)kappa的分布規(guī)律。通過對不同場地、不同震級、不同距離下強(qiáng)震記錄的分析,本文認(rèn)為,高頻衰減參數(shù)kappa和震級、震中距、場地以及統(tǒng)計的頻段有關(guān),同時也存在一定的隨機(jī)性,且隨機(jī)性的影響有可能更大。結(jié)果表明,水平向強(qiáng)震記錄的kappa值大于豎向的,同時發(fā)現(xiàn)一定比例的豎向強(qiáng)震記錄甚至表現(xiàn)出高頻增大的趨勢。對于水平向強(qiáng)震記錄,在震中距或震級較小的時候,也可能會出現(xiàn)高頻增大的情況。按照我國抗震設(shè)計規(guī)范的場地分類方法,將臺站分為三類場地,分別統(tǒng)計了Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類場地kappa值隨震級和震中距的變化規(guī)律,并給出了擬合公式。3.提出了一種確定輸入?yún)?shù)的方法,給出了地震動隨機(jī)模擬方法中主要輸入?yún)?shù)的取值范圍,并分析了輸入?yún)?shù)取值對地震動模擬結(jié)果的影響。本文利用隨機(jī)模擬方法,分析了應(yīng)力降、震源處密度、破裂速度、剪切波速、品質(zhì)因子、高頻衰減參數(shù)等輸入?yún)?shù)對地震動峰值加速度PGA、反應(yīng)譜Sa和放大系數(shù)β的影響。結(jié)果表明,上述輸入?yún)?shù)取值變化對模擬結(jié)果的PGA均有一定的影響,按照敏感程度依次為應(yīng)力降、高頻衰減參數(shù)kappa、品質(zhì)因子Q0、震源處密度、破裂速度、品質(zhì)因子指數(shù)、剪切波速。其中,kappa對放大系數(shù)β的影響最大,會改變放大譜的形狀,其他輸入?yún)?shù)的變化對放大系數(shù)β影響則很小,因此輸入?yún)?shù)的取值變化對反應(yīng)譜的影響主要取決于對PGA的影響程度。針對輸入?yún)?shù)對模擬結(jié)果的影響程度,本文對輸入?yún)?shù)的取值提出了相應(yīng)的建議。在缺少反演結(jié)果的情況下,對于較不敏感的參數(shù),可以在經(jīng)驗值范圍內(nèi)選擇;對于敏感的參數(shù),則需要搜索一個最優(yōu)值使得各臺站模擬記錄與實測記錄之間的誤差最小。這一方法可作為隨機(jī)模擬方法輸入?yún)?shù)取值的參考依據(jù)。4.利用隨機(jī)有限斷層模擬方法模擬了魯?shù)镸s6.5級地震的基巖臺記錄,提出了一種地震動模擬的工程方法。本文分析并總結(jié)了魯?shù)榈卣鹫鹪礄C(jī)制的反演結(jié)果,結(jié)合本文對拐角頻率的改進(jìn)和輸入?yún)?shù)的確定方法,利用隨機(jī)有限斷層模擬方法模擬了魯?shù)榈卣鸹鶐r臺的加速度時程。從結(jié)果來看,模擬地震動的峰值加速度PGA和反應(yīng)譜均與實測結(jié)果較為接近,這表明隨機(jī)有限斷層模擬方法可以用于模擬近場地震動,也驗證了本文的研究結(jié)果的合理性和可行性。對于沒有強(qiáng)震記錄對比的工程場地,本文提出了一種工程方法,它的原理是將反應(yīng)譜的模擬分為PGA和放大系數(shù)包絡(luò)線兩部分內(nèi)容分別合成,PGA的取值范圍由隨機(jī)模擬方法和地震動衰減關(guān)系聯(lián)合確定,采用隨機(jī)模擬方法確定放大系數(shù)的包絡(luò)線。這種方法考慮了不同相位譜對地震動的影響,并結(jié)合了地震動衰減關(guān)系的研究成果,可以提高模擬地震動的精度,并給出了多條地震動時程曲線,擬合得到的時程反應(yīng)譜包絡(luò)線可以有效涵蓋實測記錄。該方法可用于模擬缺少強(qiáng)震記錄工程場地的地震動。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P315.9;TU311.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 Ren Yefei;Wen Ruizhi;Hiroaki Yamanaka;Toshihide Kashima;;Site effects by generalized inversion technique using strong motion recordings of the 2008 Wenchuan earthquake[J];Earthquake Engineering and Engineering Vibration;2013年02期

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本文編號：1293929