基于FK法的三分量宽频带强地震动场合成
发布时间：2021-09-02 20:59
为满足重大工程结构抗震分析的输入需求,地震动合成研究近年来取得了长足的进步。目前,宽频带地震动合成常用混合方法,将数值模拟的三分量低频地震动和随机合成的单分量高频地震动滤波、叠加。两部分地震动的叠加具有不严密、不协调之处,可能造成较大误差,是宽频带地震动合成方法进一步发展的一个瓶颈。为此,本文提出借助频率波数域格林函数合成多维宽频带地震动的解决方案。基于频率波数域格林函数的地震动合成方法（简称为FK法）具有严密的理论基础,可以考虑区域地壳结构,直接生成三分量地震动且计算效率较高。本文研究了FK法的整体框架、计算特点与控制要素,提出了运动学震源建模方法;系统比较了FK法和随机合成法;基于FK法合成地震动场,研究了近断层速度大脉冲的形成机理和预测模型;分析了考虑地形效应的地震动两步合成法。本文主要研究工作如下:在分析整体框架的基础上,评述了格林函数在地震动合成中的核心作用以及FK法相对其他方法的优势。总结了频率波数域格林函数的计算过程和特点、水平成层地壳结构和震源的表达方式。研究发现,FK法具有合成高、低频地震动的能力,格林函数和震源模型对合成地震动有控制作用。本文指出FK法合成地震动的带...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-18个地震脉冲型地震动的空间分布
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-50-a)WhittierNarrowsb)LomaPrieta图3-6两个地震的震中位置和基岩台站分布Fig.3-6Locationofepicentersandrock-sitestationsfortwoearthquakes使用FK法合成的两个地震各16个台站的三分量宽频带地震动时程，分别如图3-7和图3-8所示。为了比较，图中展示了相应观测记录。在两个地震各16个基岩台站中，SCEC宽频带平台提供了WhittierNarrows地震中的5个、LomaPrieta地震的10个台站的地震动，图3-7和图3-8中也展示GP、SDSU、UCSB对这15个台站合成的地震动时程，对应于图3-4和图3-5中右侧的两列平均震源模型。所有时程都经过了0.1-20Hz带通滤波。图中，左侧是加速度时程（单位cm/s2），右侧的是速度时程（单位cm/s）。WhittierNarrows地震的时程的时长均为20s，LomaPrieta地震的均为30s。每列小图中，从上到下6行或5行依次是一个台站的观测记录、本文结果（一或两行）和GP、SDSU、UCSB的结果（如果有的话），从左到右三列分别是FN、FP和竖向分量，每一台站的地震动时程具有相同的幅值比例尺，标注于左侧台站名下方。从地震动时程的比较可知，本文合成地震动时程的波形、幅值和持时在多数台站都和观测记录比较接近。与观测记录相比，对于WhittierNarrows地震，本文结果在5个台站偏大（KRE、NHO、WON、CHL和LUC）、在5个台站偏小（LAS、MU2、ORR、PKC和WPA）、在6个台站符合较好（ANG、TUJ、ALH、GRV、MTW和VAS）；对于LomaPrieta地震，本文结果在6个台站偏大（G06、GIL、LOB、SJTE、UC2和MCH）、在4个台站偏小（BRK、CFH、PTB和RIN）、在6个台站符合较好（BES、HYN、PHT、PJH、SSF和YBI）。对于本文和SCEC都用的15个台站，本文结果总体上比SCEC的结果表现更好。
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-62-图4-1FK法与随机合成法合成地震动的技术途径Fig.4-1TechnicalwaysofgroundmotionsynthesisbyFKandEXSIM对于一个子源引起的地表地震动，FK法通过卷积子源-地表点之间的格林函数和子源的震源时间函数得到，如第2章所述。随机合成法首先生成加窗的高斯白噪声，依据震源谱和路径效应项等模型调整白噪声的幅值谱，再转换到时域获得子源地震动时程，第ij个子源引起的地表点的地震动幅值谱可以表示为下式[11]：00(,,)(,)(,)()()ijijijijFAMRf=SMfPRfTfIf(4-1)式中Rij——第ij个子源到地表点的距离；S(M0ij,f)——震源谱，表达震源释放的地震矩在频域的分布；P(Rij,f)——路径传播项，表示地震动的几何扩散和粘弹性衰减；T(f)——场地效应项，描述近地表岩土体对地震动的影响；I(f)——地震动类型因子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟[J]. 罗全波,陈学良,高孟潭,李铁飞. 地震学报. 2019(03)
[2]回填土场地强震动性质讨论[J]. 刘培玄,李小军,卢大伟,周正华. 地球物理学报. 2019(05)
[3]基于DEM数据的地形效应经验预测模型研究[J]. 郝明辉,张郁山. 土木工程学报. 2019(02)
[4]局部山体地形对断层动力学破裂过程的影响研究[J]. 王铭锋,郑傲,于湘伟,章文波. 地震学报. 2018(06)
[5]考虑地形起伏和障碍体破裂的汶川地震强地面运动数值模拟[J]. 赵由佳,张国宏,单新建,尹昊,屈春燕. 地球物理学报. 2018(05)
[6]地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响[J]. 李小军,贺秋梅,张慧颖,雷墉. 建筑结构学报. 2018(01)
[7]有限断层震源模型局部参数定标律[J]. 姜伟,陶夏新,陶正如,曹泽林,王立媛. 地震工程与工程振动. 2017(06)
[8]局部山体地形对强地面运动的影响研究[J]. 王铭锋,郑傲,章文波. 地球物理学报. 2017 (12)
[9]日本熊本MW 7.0地震的长周期地震动[J]. 谢俊举,李小军,温增平. 地球物理学报. 2017(11)
[10]近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析[J]. 张凡,李帅,颜晓伟,王景全. 振动与冲击. 2017(21)
博士论文
[1]基于地震学的基岩场地PGA混合衰减关系[D]. 姜伟.中国地震局工程力学研究所 2018
[2]城市轨道交通环境振动源函数反演的论证研究[D]. 郑鑫.哈尔滨工业大学 2012
[3]城市轨道交通地面振动源的频域反演[D]. 王福彤.哈尔滨工业大学 2011
[4]强地震动场估计中若干问题的研究[D]. 孙晓丹.哈尔滨工业大学 2010
[5]基于数值格林函数方法的近场长周期强地震动模拟[D]. 张冬丽.中国地震局工程力学研究所 2005
[6]近场强地震动预测的有限断层震源模型[D]. 王海云.中国地震局工程力学研究所 2004
硕士论文
[1]用地震观测台网的小震记录建立川滇强地震动衰减关系[D]. 崔安平.中国地震局工程力学研究所 2013
本文编号：3379724
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-18个地震脉冲型地震动的空间分布
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-50-a)WhittierNarrowsb)LomaPrieta图3-6两个地震的震中位置和基岩台站分布Fig.3-6Locationofepicentersandrock-sitestationsfortwoearthquakes使用FK法合成的两个地震各16个台站的三分量宽频带地震动时程，分别如图3-7和图3-8所示。为了比较，图中展示了相应观测记录。在两个地震各16个基岩台站中，SCEC宽频带平台提供了WhittierNarrows地震中的5个、LomaPrieta地震的10个台站的地震动，图3-7和图3-8中也展示GP、SDSU、UCSB对这15个台站合成的地震动时程，对应于图3-4和图3-5中右侧的两列平均震源模型。所有时程都经过了0.1-20Hz带通滤波。图中，左侧是加速度时程（单位cm/s2），右侧的是速度时程（单位cm/s）。WhittierNarrows地震的时程的时长均为20s，LomaPrieta地震的均为30s。每列小图中，从上到下6行或5行依次是一个台站的观测记录、本文结果（一或两行）和GP、SDSU、UCSB的结果（如果有的话），从左到右三列分别是FN、FP和竖向分量，每一台站的地震动时程具有相同的幅值比例尺，标注于左侧台站名下方。从地震动时程的比较可知，本文合成地震动时程的波形、幅值和持时在多数台站都和观测记录比较接近。与观测记录相比，对于WhittierNarrows地震，本文结果在5个台站偏大（KRE、NHO、WON、CHL和LUC）、在5个台站偏小（LAS、MU2、ORR、PKC和WPA）、在6个台站符合较好（ANG、TUJ、ALH、GRV、MTW和VAS）；对于LomaPrieta地震，本文结果在6个台站偏大（G06、GIL、LOB、SJTE、UC2和MCH）、在4个台站偏小（BRK、CFH、PTB和RIN）、在6个台站符合较好（BES、HYN、PHT、PJH、SSF和YBI）。对于本文和SCEC都用的15个台站，本文结果总体上比SCEC的结果表现更好。
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-62-图4-1FK法与随机合成法合成地震动的技术途径Fig.4-1TechnicalwaysofgroundmotionsynthesisbyFKandEXSIM对于一个子源引起的地表地震动，FK法通过卷积子源-地表点之间的格林函数和子源的震源时间函数得到，如第2章所述。随机合成法首先生成加窗的高斯白噪声，依据震源谱和路径效应项等模型调整白噪声的幅值谱，再转换到时域获得子源地震动时程，第ij个子源引起的地表点的地震动幅值谱可以表示为下式[11]：00(,,)(,)(,)()()ijijijijFAMRf=SMfPRfTfIf(4-1)式中Rij——第ij个子源到地表点的距离；S(M0ij,f)——震源谱，表达震源释放的地震矩在频域的分布；P(Rij,f)——路径传播项，表示地震动的几何扩散和粘弹性衰减；T(f)——场地效应项，描述近地表岩土体对地震动的影响；I(f)——地震动类型因子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]台湾双冬断层近场脉冲型地震动的数值模拟[J]. 罗全波,陈学良,高孟潭,李铁飞. 地震学报. 2019(03)
[2]回填土场地强震动性质讨论[J]. 刘培玄,李小军,卢大伟,周正华. 地球物理学报. 2019(05)
[3]基于DEM数据的地形效应经验预测模型研究[J]. 郝明辉,张郁山. 土木工程学报. 2019(02)
[4]局部山体地形对断层动力学破裂过程的影响研究[J]. 王铭锋,郑傲,于湘伟,章文波. 地震学报. 2018(06)
[5]考虑地形起伏和障碍体破裂的汶川地震强地面运动数值模拟[J]. 赵由佳,张国宏,单新建,尹昊,屈春燕. 地球物理学报. 2018(05)
[6]地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响[J]. 李小军,贺秋梅,张慧颖,雷墉. 建筑结构学报. 2018(01)
[7]有限断层震源模型局部参数定标律[J]. 姜伟,陶夏新,陶正如,曹泽林,王立媛. 地震工程与工程振动. 2017(06)
[8]局部山体地形对强地面运动的影响研究[J]. 王铭锋,郑傲,章文波. 地球物理学报. 2017 (12)
[9]日本熊本MW 7.0地震的长周期地震动[J]. 谢俊举,李小军,温增平. 地球物理学报. 2017(11)
[10]近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析[J]. 张凡,李帅,颜晓伟,王景全. 振动与冲击. 2017(21)
博士论文
[1]基于地震学的基岩场地PGA混合衰减关系[D]. 姜伟.中国地震局工程力学研究所 2018
[2]城市轨道交通环境振动源函数反演的论证研究[D]. 郑鑫.哈尔滨工业大学 2012
[3]城市轨道交通地面振动源的频域反演[D]. 王福彤.哈尔滨工业大学 2011
[4]强地震动场估计中若干问题的研究[D]. 孙晓丹.哈尔滨工业大学 2010
[5]基于数值格林函数方法的近场长周期强地震动模拟[D]. 张冬丽.中国地震局工程力学研究所 2005
[6]近场强地震动预测的有限断层震源模型[D]. 王海云.中国地震局工程力学研究所 2004
硕士论文
[1]用地震观测台网的小震记录建立川滇强地震动衰减关系[D]. 崔安平.中国地震局工程力学研究所 2013
本文编号：3379724
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