近断层强震地面运动的研究

论文摘要

近断层地震动是近十多年地震学和地震工程学中非常活跃的研究领域。上世纪末全球发生了许多破坏性地震获得了许多有价值得强震记录,为近断层强地震动研究奠定了坚实的基础。本文以2008年汶川地震强震资料为基础,结合部分国内外其他大地震的强震数据,对近断层地震中大家关心的问题进行了较为详细的分析,例如速度脉冲、衰减关系、盆地效应等。1.采用直接统计分析近断层地震中速度脉冲型记录的方式,得出了脉冲型记录影响范围以及脉冲中各参数与断层距的关系。具有速度脉冲的加速度记录的数量(比例数)随断层距的增大而减少的规律性比较明显。当断层距大于40公里时,出现具有速度脉冲的记录频度很小。超出这个范围,速度脉冲的影响可以忽略不计。脉冲峰值随断层距增大而衰减的规律也很明显。无论是集集地震还是北岭地震,峰值衰减(PGV和Vp)总体都是较快的,尤其是在平行断层方向。因此从脉冲峰值看,其影响也是随距离不断减小的。2.提出简单模拟脉冲型时程的方法,并验证通过简单随机成分加到脉冲成分中来模拟原始地震数据方法的可行性。通过简单微分的模拟方法,从位移角度出发反推加速度,模拟出的数据和原始数据,无论是数值上,还是从反应谱上,都比较接近。由于微分概念是在解决直与曲的矛盾中产生的,在微小局部可以用直线去近似替代曲线,它的直接应用就是函数的线性化。所以通过简单随机成分加到脉冲成分中来模拟原始地震数据的方法是可行的。3.提出了脉冲模拟Makris和Roussos的改进模型(镜像法)。没有引入新的函数,也没有增加模型的复杂性,使得Makris和Roussos模型在模拟近断层地震大速度方面具有更大的灵活性,可以更好地用来对近断层地震记录进行模拟。除镜像法,本文还探讨了在Makris和Roussos模型基础上进行的组合和演化,即组合方法,使原模型具有更好的适应性。4.比较详细地分析了汶川主震四川省记录的地震动参数特性,还与国内外其他大地震进行了对比分析。引入多峰点平均的概念,进行了衰减规律的分析,给出了峰值点数与衰减效果的关系,最后用五点峰值平均试图解释汶川地震造成破坏严重原因的可能性。5.探索了一种新的近断层地震动峰值衰减规律的统计方式,采用了权重浮动式的考虑。由于局部场地的地震动,既与震中距有关,也与断层距有关,只是各自的贡献不同。首先定义了一种新距离,利用浮动的权重系数把震中距和断层距“揉到”一起,得到这样一个变量—“权重距离”。用“权重距离”代替震中距或断层距来进行地震动峰值衰减规律的分析,对于回归效果采用标准差和相关系数同时进行验证,最后也利用这两个指标来确定最佳的权重系数,即最佳的权重距离。采用这种浮动的衰减方式摆脱了原先单一性的统计回归方式的束缚,利用求最优的“权重距离”,近而得到最佳的衰减关系。6.通过简单易行的“提升系数”,提出了对规范谱的修正意见,主要是针对断层距的影响。但是就像美国UBC97规定需要考虑近场效应的Zone4区主要分布在西海岸加州境内一样,本文讨论方案的区域也主要是龙门山断裂带附近范围,这样的调整才具有针对性。7.探讨了近断层地震的盆地效应。根据汶川地震灾后的第一手实地考察资料,根据所在地理位置的不同,将受灾城市分为3类:盆地内部(成都),盆地边缘(都江堰、绵竹、江油、什邡),盆地外部(北川)。从宏观破坏角度讨论了近断层地震的盆地效应,尤其是边缘效应明显,震害比较严重,在盆地中部震害比较轻。在山区的震害比平原的严重,尤其是两个距离比较近的山之间的地区,除了地震的灾害之外,滑坡、泥石流等次生灾害也很严重。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 近断层强震地震动特性
• 1.3 近断层地震动等效速度脉冲效应对结构的影响
• 1.3.1 （国内）近断层脉冲对结构地震反应的影响
• 1.3.2 （国外）近断层脉冲对结构地震反应的影响
• 1.4 各国规范对于近断层地震影响的考虑
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 近断层地震记录中速度大脉冲及其影响范围
• 2.1 近断层地震脉冲问题提出
• 2.2 脉冲时域性的统计
• 2.2.1 集集（Chi-Chi）地震
• 2.2.2 北岭（Northridge）地震
• 2.2.3 两次地震的对比分析
• 2.3 速度脉冲峰值与断层距的关系
• 2.3.1 集集（Chi-Chi）地震
• 2.3.2 北岭（Northridge）地震
• 2.4 本章小结
• 第3章 近断层地震动脉冲等效模型及时程分离
• 3.1 引言
• 3.2 建议的等效速度脉冲模型
• 3.3 汶川地震记录的修正
• 3.4 汶川地震记录模拟
• 3.4.1 绵竹青萍（NS）
• 3.4.2 什邡八角（NS）
• 3.4.3 汶川卧龙（EW）
• 3.5 本章小结
• 第4章 近断层地震记录中速度大脉冲模拟及其对反应谱的影响
• 4.1 引言
• 4.2 问题
• 4.3 解决的办法
• 4.3.1 第一种方法：组合方法
• 4.3.2 第二种方法：改进方法—镜像法
• 4.4 反应谱的对比
• 4.4.1 脉冲反应谱与实际记录反应谱的比较
• 4.4.2 脉冲反应谱与减掉脉冲的实际记录反应谱的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 近断层地震动参数的统计分析
• 5.1 引言
• 5.2 汶川地震主震中四川省纪录的分析
• 5.2.1 汶川地震主震中四川省纪录的加速度峰值衰减
• 5.2.2 汶川地震主震中四川省纪录的加速度峰值比λ
• 5.2.3 汶川地震主震中四川省纪录的反应谱
• 5.2.4 汶川地震主震中四川省纪录基岩与土层系数的对比
• 5.2.5 汶川地震主震中四川省纪录多峰值衰减
• 5.3 汶川地震纪录与其他国家地区地震记录的对比
• 5.3.1 反应谱的对比
• 5.3.2 系数R 的对比
• 5.3.3 五峰点平均的对比
• 5.4 本章小结
• 第6章 近断层地震动加速度峰值衰减规律的新探讨
• 6.1 引言
• 6.1.1 推算方法
• 6.1.2 衰减模型
• 6.1.3 回归方法
• 6.2 参数取值
• 6.3 汶川地震主震四川省纪录衰减分布
• 6.3.1 PGA 与震中距
• 6.3.2 PGA 与断层距
• 6.4 折减震中距
• 6.5 按权重定义的新距离
• 6.5.1 k=0:0.1:1
• 6.5.2 k=0:0.01:1
• 6.6 本章小结
• 第7章 近断层地震动的长周期特性
• 7.1 引言
• 7.2 按场地和断层距分类的强震记录的分析
• 7.2.1 基岩
• 7.2.2 土层
• 7.2.3 不同场地类型、不同断层距记录谱值的对比
• 7.3 本章小结
• 第8章 近断层地震中的盆地效应
• 8.1 引言
• 8.2 近断层地震中的盆地效应研究
• 8.2.1 四川汶川地震概述
• 8.2.2 四川汶川县Ms8.0 级地震地震参数及主震的加速度时程
• 8.2.3 四川盆地简介
• 8.2.4 分类分析
• 8.2.5 分析意见
• 8.3 本章小结
• 8.3.1 对建筑抗震设计的建议
• 8.3.2 对盆地效应今后研究的建议
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢