Effects of soil amplification ratio and multiple wave interference for ground motion due to earthquake

Study on seismic disaster is quite important for pro-tecting the lives and properties of the people[1]. Manyprevention disaster projects in civil constructions, etc.require quite accurate and reliable ground motion parame-ters. It has great social and economic effects to analyze thedamage mechanisms and destructive processing of build-ings by means of investigations of quantitative groundmotions. Numerical simulations of seismic ground motionhave been increasingly developed with the populariza…     

Synthetic seismograms of ground motion near earthquake fault using simulated Green’s function method

Seismograms near source fault were synthesized using the hybrid empirical Green＇s function method where the discretely simulated seismic waveforms are used for Green＇s functions instead of the observed waveforms of small earthquakes. The Green＇s function seismic waveforms for small earthquake were calculated by solving wave equation using the pseudo-spectral method with the staggered grid real FFT strategy under a detailed 2-D velocity structure in Kobe region. Magnitude and seismic moment of simulated Green＇s function waveforms were firstly determined by using the relationship between fault length and corner frequency of source spectrum. The simulated Green＇s function waveforms were employed to synthesize seismograms of strong ground motion near the earthquake fault. The synthetic seismograms of the target earthquake were performed based on the model with multiple source rupture processes. The results suggest that synthesized seismograms coincide well with observed seismic waveforms of the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake. The simulated Green＇s function method is very useful for prediction of the strong ground motion in region without observed seismic waveforms. The present technique spreads application field of the empirical Green＇s function method.     

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应．研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7．51％～23．3％;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同．由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应．     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

断层破裂速度对地震动影响的离散波数有限元法模拟

地震断层的破裂速度是断层破裂过程中的一个重要参数,它对近场地震动及其空间分布,特别是近场地震动的方向性特征有着重要的影响．为从理论上分析断层不同破裂速度对地震动方向性效应的影响,根据设定地震和根据统计关系得到的震源参数,采用离散波数有限元方法数值模拟不同破裂速度下地表观测点的地震动时程,分析地震动的峰值、反应谱和持时3个基本参数及其空间分布特征．研究表明：在地震马赫数为0．700～0．925的破裂速度范围内,断层破裂值均会使地震动及其分布呈现明显的方向性特征;断层破裂前方的地震动峰值和反应谱值大于破裂后方的地震动值,地震动持时则相反;在断层破裂方向的末端一定距离内存在一个典型的区域,在此区域内的地震动显著受到方向性的影响和控制,其地震动峰值和反应谱值显著高于其他区域,而持时则低于其他区域．总之,破裂速度对地震动及其分布的方向性特征有重要影响,随着破裂速度逐渐接近于剪切波速,地震动的方向性特征也越来越明显．     

近断层长周期地震动前向性效应对峰值影响研究

筛选了断层距不大于15km的具有前向性效应的长周期近断层地震记录,分类汇总建立了统计分析数据样本库,对长周期地震动的竖向分量和水平向分量峰值比进行了分析,研究了震级、脉冲周期、不同分量对峰值加速度比的影响。在此基础上,采用前期建立的回归分析模型,对长周期地震动竖向分量和水平向两分量的峰值加速度进行了回归分析,拟合给出了峰值参数与震级和断层距的衰减关系式,通过拟合曲线与数据样本的峰值实测值对比,说明拟合关系式在一定的范围内可以用于近断层长周期地震峰值的预测。     

结构半主动变阻尼器地震反应控制数值模拟

针对半主动变阻尼器地震作用下多层建筑结构基于支持向量机（SVM）的半主动控制算法,选用四条地震波即El-Centro波、Hachinohe波、Kobe波以及上海人工波,并将峰值地面加速度均调幅至0.1gal.结果表明：总体上基于SVM半主动变阻尼器能够提高对结构层间位移和速度的控制效果;特别,消除了受控结构局部加速度放大现象.     

盆地型长周期地震动的判别准则

为了筛选出盆地内超高层结构抗震设计所需的盆地型长周期地震动(简称为长周期地震动)验算波,总结了长周期地震动的形成机理,分析了长周期地震动中面波的卓越性,提出了截取由面波主导的地震动尾波的方法,通过基于尾波特性的统计分析得到了长周期地震动的判别准则.结果表明:沉积盆地边界所激发的面波在盆地内传播、叠加以及依频率放大是长周期地震动的主要形成机理;长周期地震动中由面波主导的尾波段对长周期结构响应起控制作用;长周期地震动判别准则宜定为:速度反应谱卓越周期大于2s,且截取出的尾波与原始波在速度反应谱卓越周期处的谱幅值比大于85%.     

“一带一路”地区地震区划和防震减灾对策研究

 “一带一路”地区面积辽阔,活动构造分布广泛,大地震频繁发生。介绍了“一带一路”地区的潜在震源区划分模型、地震活动性模型、地震动衰减关系模型和场地调整方法,在“一带一路”地区开展了概率地震危险性计算,给出了全区50年超越概率10%的峰值加速度（PGA）分布的地震区划图,并提出不同地震危险性地区防震减灾对策建议。研究表明,东亚和东南亚西部、太平洋西岸、中亚南部、西亚东部、欧洲南部和非洲东部是“一带一路”地区地震危险性较高的地区,在50年超越概率10%的PGA>0.4的地区,一般民用建筑应采取地震烈度九度设防。     

台阵网格自动定位方法在鄂尔多斯地块南部和秦岭‒大别造山带的应用

利用新近发展起来的台阵网格自动事件定位方法, 对鄂尔多斯地块及秦岭-大别造山带区域136个宽频带流动台站记录的连续波形进行扫描和定位。通过与地震目录的对比发现, 不仅在常规地震带上分布着大量的事件, 而且在地震目录中极少发生地震的区域出现大量地震事件集中分布的现象。这些事件主要分布于鄂尔多斯地块南部以及秦岭-大别造山带附近的断层带。经过对定位台站的抽样分析和对定位事件地震波形的仔细人工确认, 验证了这些被扫描并定位的事件的真实性。通过慢度分析, 获得所定位事件的面波传播视速度, 绝大部分事件对应的视速度在2.5~5.2 km/s之间, 与地震面波群速度相符。所定位的地震事件可用于补充秦岭-大别造山带的地震目录, 同时可以通过进一步的波形拟合来分析其震源机制。     

采用时频滤波技术的近断层脉冲地震人工模拟

利用现代时频分析工具S变换的时频滤波特点,把反映场地局部特征的实际远场地震波或人工合成的远场地震波在等效速度脉冲的发生时间段实行时频滤波,再与等效速度脉冲叠加,生成既能反映场地局部特征又能反映近断层脉冲地震特点的人工近断层脉冲地震时程.通过数值算例,得到的人工近断层地震波与原始波有相似的时频特征,而功率谱密度函数在高频段与建筑抗震规范相容的目标功率谱一致,该波的峰值加速度还与抗震规范中相应烈度的峰值一致,可供近断层地区结构抗震分析使用.     

地铁车站长距离密贴下穿既有隧道结构的地震响应

为研究长距离密贴下穿地下空间结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构长距离密贴下穿既有隧道结构为对象,基于FLAC3D有限差分软件,建立三维数值计算模型。在输入日本阪神(Kobe)地震波的条件下,分析上部既有隧道结构在有无下穿地铁车站结构时的地震响应。计算结果表明:输入水平方向的地震波,有无地铁车站结构的隧道结构的位移-时程与加速度-时程曲线规律大致相同,均随深度的增加而减小,且变化趋势相似于施加的地震波。隧道顶板与底板的加速度反应时程曲线与基岩输入地震波的形态基本相近,隧道结构顶板的水平加速度峰值大于底板的水平加速度峰值。与单一隧道结构的位移-时程和加速度-时程曲线相比,密贴地铁车站结构对隧道结构的动力响应有减弱效果。下穿地铁车站对上部隧道结构的动力加速度响应有不同程度的减弱效应,且越靠近车站结构减弱幅度越大,下部车站结构的减震耗能现象存在于某一局部范围内。     

基于概率密度演化理论的地震概率安全评估

基于概率密度演化理论,通过引入随机地震动模型,可以获得某一场地在一定时期内遭遇不同地震动强度的超越概率,并且有望解决地震易损性分析中如何选择地震动的关键问题.在此基础上,通过调幅随机地震动模型的基底幅值参数,并与地震易损性研究中的增量调幅思想相结合,可以获得工程结构在遭遇不同超越概率的地震作用时,结构性能达到各极限状态的超越概率.这一将地震易损性曲线的地震动强度度量指标赋予概率意义的工作,可以避免以往采用不同地震动强度度量指标时,由于计算方法的不同,生成的地震易损性曲线具有较大不同的缺点.这一工作,进一步与基于性能的地震工程全概率决策框架相结合,可为工程结构的地震概率安全评估提供坚实的理论基础.     

渤海海峡跨海通道地震安全性评价探讨

辽东半岛、山东半岛间的岛链是中国东部大陆架后部翘起的部分,郯庐断裂带的切割把此大陆架与大陆部分分割开来,大陆架向东倾没海中,郯庐带下沉．渤海海峡跨海通道的西侧有郯庐带,此带是一条强震发生断层,强震频繁,最大达8．5级,给未来通道造成一定的地震影响,所以通道的设计和施工应防范于未然．强震发生断层有一定宽度并分界明显,断层内外地震动峰值加速度差异甚大,地震烈度差异可达2—3度或更高．跨海通道是一条生命线工程,对通道的设计,地震动参数的采取应用确定性方法,为跨海通道工程建设提供翔实依据．     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

Nonlinear dynamics, granular media and dynamic earthquake triggering

The 1992 magnitude 7.3 Landers earthquake triggered an exceptional number of additional earthquakes within California and as far north as Yellowstone and Montana. Since this observation, other large earthquakes have been shown to induce dynamic triggering at remote distances--for example, after the 1999 magnitude 7.1 Hector Mine and the 2002 magnitude 7.9 Denali earthquakes--and in the near-field as aftershocks. The physical origin of dynamic triggering, however, remains one of the least understood aspects of earthquake nucleation. The dynamic strain amplitudes from a large earthquake are exceedingly small once the waves have propagated more than several fault radii. For example, a strain wave amplitude of 10(-6) and wavelength 1 m corresponds to a displacement amplitude of about 10(-7) m. Here we show that the dynamic, elastic-nonlinear behaviour of fault gouge perturbed by a seismic wave may trigger earthquakes, even with such small strains. We base our hypothesis on recent laboratory dynamic experiments conducted in granular media, a fault gouge surrogate. From these we infer that, if the fault is weak, seismic waves cause the fault core modulus to decrease abruptly and weaken further. If the fault is already near failure, this process could therefore induce fault slip.     

柱面网壳在地震作用下的失效机理研究

利用非线性有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,研究了单层圆柱面网壳在地震作用下的动力稳定性问题,指出当加速度峰值较小时,网壳的节点位移响应随地震加速度峰值增加呈线性增加,结构的变形主要是弹性变形,随着加速度峰值的加大,位移响应增加速度加快,部分杆件进入塑性,当达某一特征值时,位移响应大幅度增加,此时结构丧失了稳定性,沿结构不同方向输入地震波时,X方向首先发生失稳。     

基于物质点法的随机地震作用下边坡滑动距离概率

为了研究地震作用对路堤边坡滑动距离的影响,通过应用物质点法、谱表达法及随机函数思想,开展随机地面运动下路堤边坡滑动距离的概率分析。首先,通过模拟Chiu-fen-erh-shan滑坡验证了本文改进的物质点法程序的有效性;然后,基于广义Clough-Penzien功率谱模型和随机函数思想生成了445条随机地震加速度样本;最后,研究了随机地震作用下峰值地面加速度对路堤边坡滑动距离的影响规律。结果表明：随着峰值地面加速度的增加,滑动距离变化范围不断扩大,地震动的随机性越来越明显;滑动距离逐渐增大,边坡安全程度降低。     

弹性时程分析时地震波选用的一种方法

高层建筑用时程分析法分析地震动时,采用不同的地震记录,得到的内力、位移等结果差别很大,与底部剪力法或振型分解反应谱法的结果也有很大出入.地震波的选择又是时程分析法的重要环节,直接影响计算结果的正确与否和结构的安全.由于满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001(2008)要求的地震波不止一种组合,对于这种情况,提出一种方法来进行最佳组合地震波的选择.     

双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响

地铁隧道的存在破坏了原有场地的完整性,进而在地震来临时影响场地的地震反应。为探讨双线地铁隧道建成后对场地地表水平地震动的影响,针对北京某一典型双线地铁隧道工程场地,建立三维非线性场地模型。采用自由场边界和应力时程地震波输入方式,运用有限差分数值分析软件FLAC~(3D)进行模型计算,分析了双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响。结果表明:1双线地铁隧道的存在使隧道附近场地地表地震动峰值加速度呈现先增大后减小并趋于自由场的趋势;2双线地铁隧道的存在主要影响场地加速度反应谱的短周期部分;3入射地震动频谱对双线地铁隧道的场地地震反应有着显著的影响。文中得出的影响规律,为双线地铁隧道附近场地的设计地震动参数确定提供参考依据。