水平向强震动记录自适应基线校正方法研究

发布时间：2020-04-18 14:19

【摘要】：强震动记录经历了从模拟记录到数字记录近一个世纪的发展。强震动记录数据处理是从记录中去除误差获得准确地震动信息的最重要步骤之一,而基线校正是强震动数据处理的关键环节。基线校正方法对从强震动记录获取到永久位移的结果有着巨大的影响。现有方法从最早的主观经验方法到现在发展出了一些自适应的方法,但在永久位移的获取上还存在着一定的不确定性,计算效率也有待进一步提升。针对从水平向强震动记录中直接获取水平面内永久位移这一问题,本文在总结现有方法的基础上,通过算例分析,提出一种自适应强震动记录基线校正方法。论文基于集集地震、汶川地震和尼泊尔地震三次典型大地震事件获取的大量近场强震动数据,结合已有研究结果,基线校正方法中参数选取对结果的影响,并给出了三次典型地震中近场台站的水平向永久位移。本文的主要工作如下:(1)对现有国内外基线校正方法进行了总结和比较。基线偏移的原因非常复杂,针对不同的地震事件,基线偏移的原因并不一致,其主要原因强地面运动引起的强震动记录仪位移。结合基线偏移的原因和地震事件前后记录的基本物理意义,本文归纳总结了现有基线校正方法的处理标准,即地震事件前后加速度时程应收敛于0值,速度时程收敛于0值,位移时程在地震事件前收敛于0,地震事件后收敛于一个确定值。结合算例论述了现有方法的不足之处。现有基线偏移处理方法可分为滤波方法、基线模拟方法和实验方法三种方法,这三种方法当中基线模拟方法应用最为广泛,数据处理效果最为优良。基线模拟方法中又分为单参数方法、双参数方法和多参数方法,三种方法各有优势,以单参数和双参数方法应用最广。单参数方法处理效率高,使用简洁,双参数方法处理效果佳,便于进行自动化处理。(2)在对现有方法的基础上,本文着眼于水平永久位移的基本物理性质,提出了基于角度变化多次校正拟合的处理方法,采用MATLAB程序将待校正记录划分为多个不同的校正区间多次校正并对结果进行概率统计分析。得到较为确定的水平向永久位移并基于永久位移获得最终校正后的强震动加速度记录。并分析了该方法中区间划分和拟合对结果的影响,确定最终相关方法参数的选取。根据TCU079和051WCW两个典型台站的处理过程分析,本次研究中提出对单参数拟合段分段的最佳数目为17段,并应该在计算中考虑首尾的边界效应去除两个最小分段。采用概率分布拟合方式能有效的得到某一角度的永久位移值。对所有角度永久位移值的正弦拟合可以有效去除单一角度上永久位移值的误差。(3)对集集地震,汶川地震和尼泊尔地震等多个地震中获取的大量典型近场强震动记录应用该基线校正方法,其结果表明,该方法能够自适的对强震动记录进行有效的基线校正获取较为准确的永久位移。对集集地震中的8个近场台站的校正结果表明,该方法在获取水平向永久位移的应用中有较大优势。而对汶川地震中的37个台站校正结果则并不全都与已有研究相符合。其原因是本方法应用中有着较为严苛的应用假设,而少数情况中近场台站获取的强震动记录是无法满足该方法的应用假设。对尼泊尔地震的应用则表明,该方法在软土场地台站应用时需考虑到场地引发的非线性效应,虽然通过正弦拟合的方法能获取有参考价值的近场台站的水平向永久位移。对于非线性基线偏移的校正方法还有待进一步的研究。综合上述三个典型地震的应用分析,本方法在研究近场强震动水平向永久位移时有较好的应用前景,但是在一些特殊情况下该校正方法仍存在一定局限性,在拟合校正方法上还有待进一步改进。
【图文】：

川地震中 051JYC 台站东西向加速度记录 Iwan 方法选取的参数 t及速度时程基线拟合结果川地震中051JYC台站中东西向加速度记录的Iwan方法到达了50cm/s2阈值的时刻，t2为该记录最后一次到达阈程的拟合结果可以发现，t1时刻并不能很好的描述记录程中的基线偏移分段也不能很好的由 t1、t2两个参数确度阈值难以得到正确的两个基线偏移拟合的时间参数。多研究表明，基线偏移的主要原因十分复杂，很多时候应引起，因此 Iwan 方法在很多情况下无法进行有效应人员推广了 Iwan 方法，指出对参数 t1和 t2的选取不应该采用更为合理的自由参数方法。在此基础之上，吴健07，2008）结合对近场强震动的观测，，提出了一个更加这种校正方法获得了较为良好的应用，一般称为 Wu &原因和校正准则分析可以知道，校正后的位移时程表现

图 2-2 汶川地震 051MXD 台站东西向加速度记录线初始化后的加速度记录进行一次数值积分。得到图 2-3 所示的对速度时程进行数值积分获得位移时程如图 2-4 所示。图 2-3 汶川地震 051MXD 台站记录的基线偏移的速度时程中对于位移时程图，计算得到 tPGD为 40.73s，tD0为 42.02s。根据
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P315.7

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本文编号：2632182