采用随机有限断层法生成最大可信地震

本文依据基于地震学理论合成地震动的随机方法和能够细致描述震源复杂性的有限断层模型,采用随机有限断层法直接生成最大可信地震。重点比较了随机有限断层法的静拐角频率和动拐角频率理论,开发基于静拐角频率方法的Fortran程序SFFMSIM,作为对比,引进了动拐角频率程序EXSIM。选用1994年Northridge地震数据检验本文采用的随机有限断层模拟方法和程序。最后以大岗山水电站工程为例,采用随机有限断层法生成磨西断裂发震时工程场址可能产生的最大可信地震的加速度时程曲线。结果显示：随机有限断层法合成时程的放大系数谱均值与80条基岩记录平均谱的一致性较好。预测震源位错分布形式未知的地震时,动拐角频率和静拐角频率方法的模拟结果有差异。     

NGA衰减关系应用于重大水电工程抗震设计的可行性探讨

选择大震近场条件的实际基岩记录、我国地震安评工作常用衰减关系和现行水工规范谱与NGA衰减关系进行比较,研究考虑近断层特性的NGA衰减关系用于描述近场、大震条件下地震动的优势,论证NGA衰减关系在我国水电工程抗震设计中应用的可行性,并指出大震近场条件下规范谱的缺陷和修订方向。     

沙牌坝址的最大可信地震研究

如何给出能够反映近场大震特点的坝址的最大可信地震是在我国西部修建高坝时需要考虑的重要问题。以我国西部重大水电工程沙牌拱坝为例,结合有限断层模型和地震学随机方法,将震源视为三维的空间面源,进行坝址在近场大震条件下的最大可信地震研究。选择茂县地办台站(051MXT)记录,对汶川地震的震源模型和参数进行校核,作为本文研究的模型和参数依据。确定对沙牌坝址区域影响最大的发震构造为龙门山断裂带。(1)假定龙门山中央断裂未来再次发生Ms8.0级地震,设置不同高危险的震源模型,比较结果显示,对沙牌坝址而言汶川地震不是最大潜在地震,最大凹凸体的能量中心距坝址最近的震源形式最危险,坝址的峰值加速度一般不超过380 cm/s2。(2)若发震能力稍弱的龙门山后山断裂未来发生Mw7.5级地震,遵循两种思路考虑震源的不确定性,即设置最危险震源和随机设定大量震源模型,且均计入关键参数的不确定性。两种思路合成的沙牌坝址的峰值加速度非常接近,根据工程重要性取较大值,得到沙牌坝址的峰值加速度为735 cm/s2。     

2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情检验和分析

为对2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情进行检验和分析,本文提出了一个基于损伤力学对高混凝土坝地震损伤破坏过程分析的新方法,可计入残余变形但避免损伤—塑性耦合。由于汶川地震中未能取得坝址的地震动输入记录,为此,采用随机有限断层法,通过邻近台站的加速度记录,对汶川地震中断层破裂模型参数进行校准后,重建了汶川地震中沙牌拱坝坝址的地震动输入加速度时程。为上述计算研发了高性能并行计算程序,在"天河一号"超级计算机上进行了高效运算,并对都经受过强震的沙牌拱坝和美国帕柯依玛拱坝的震情进行了对比分析。计算结果表明,所建议的方法能可靠应用于混凝土坝的地震损伤破坏过程的分析。     

设定地震场地相关设计反应谱的研究

我国现行国家标准《水工建筑物抗震设计标准》（GB 51247—2018）规定,场地相关设计反应谱宜釆用与基于《工程场地地震安全性评价》（GB 17741—2005）的设计地震动峰值加速度相应的“设定地震”确定。为便于工程技术人员理解和应用,本文进行了确定设定地震内涵和步骤的高级科普性阐述,将按《〈水电工程水工建筑物抗震设计规范〉（NB 35047—2015）设定地震确定场地相关设计反应谱补充说明》,以“最大发生概率原则”的确定方法加以说明。我国缺乏直接由强震记录统计的加速度反应谱衰减关系,权且采用美国“下一代衰减关系（NGA）”,其中涉及到震中距和断层距的转换,本文对转换过程进行了进一步论述,以期形成共识。此外,考虑到不同“NGA”衰减关系给出的加速度反应谱差异较大,提出确定设定地震反应谱的新思路。建议汇集已有岩基上较近距离的实测强震记录的反应谱资料,对其按震级和距离进行适当分档,然后插值确定设定地震的场地相关设计反应谱,这样既可以免除当前我国缺乏反应谱衰减关系的困难,还能使确定场地相关设计反应谱的过程大为简化和合理。     

佛子岭连拱坝动力试验及模态参数识别

佛子岭大坝是一座结构复杂的连拱坝，坝址地震基本烈度为7度，设防烈度为8度，2000年8月，对佛子岭连拱坝进行了原型动力试验，取得了大坝的动力特性，即频率，振型，阻尼比和传递函数，此次原型试验采用爆破，起震机，随机脉动三种试验手段，先后进行了坝顶动力试验和#11支墩的动力试验，试验结束后，利用起振机激振的试验数据和快速傅立叶变换（FFT）的方法，得到传递函数的试验值，同时根据理论推导的传递函数，在频域应用由最小二乘迭代法编制的阻尼最小二乘法识别程序，选择目标函数进行优化计算，得到了解耦的佛子岭连拱坝的模态参数值，可以作为该坝抗震加固计算的依据。     

采用随机有限断层法生成最大可信地震

回顾了基于地震学理论的合成地震动的随机方法，以及能够细致描述震源复杂性的有限断层模型，将其作为最大可信地震的研究方向。重点比较随机有限断层法的静拐角频率和动拐角频率理论。基于静拐角频率方法开发Fortran程序SFFMSIM，并引进Motazedian和Atkinson编制的动拐角频率程序EXSIM，选用1994年美国西部Northridge地震检验随机有限断层模拟方法及两套程序。最后以大岗山水电站工程为例，采用随机有限断层模型计算磨西断裂发震时工程场址可能产生的地震动。     

基于NGA衰减关系的坝址设定地震研究

开发了地震危险性概率分析程序RISKNEW,在输入数据相同的情况下,采用本文编制的程序与中国地震局地球物理研究所的标准程序计算得到的不同概率水准下的加速度值具有较好的一致性。提出结合潜源区内主干断裂和历史地震,依据地震危险性概率分析结果,即以场地相应设防概率水平的地震动峰值加速度为前提确定设定地震的方法。根据设定地震确定场地相关设计反应谱时,建议直接使用针对美国西部基岩强震记录统计得到的加速度反应谱衰减关系。将充分考虑大震近场特性且针对美国西部浅源地震建立的NGA衰减关系引入到我国水利水电工程设定地震研究。     

汶川地震中沙牌拱坝震情验证研究

本文针对汶川地震中沙牌拱坝的抗震表现,从推求坝址地震复原波、测定坝体混凝土材料实际强度两个方面力求使地震反应分析中的计算条件接近汶川地震中沙牌拱坝的实际情况,并在计算分析中通过调整拱坝接缝的初始强度取值,比对沙牌拱坝在汶川地震震后调查所体现的震损情况以推断震时实际的缝面强度。计算分析与实际抗震表现均验证了沙牌拱坝-地基体系具有较高的实际抗震能力,依据沙牌拱坝抗震表现分析了高拱坝体系较高抗震潜能的主要来源,说明遵照我国抗震规范精心设计施工的高拱坝—地基体系具有较大的抗震潜能。     

非平稳地震动时程的渐进谱研究

分别采用窗口滑移、Kameda多重滤波和Nakayama窄带滤波方法得到El Centro NS地震记录的渐进谱,经比较,选择Nakayama方法用于本文的渐进谱研究。分析了有限带宽白噪声、强度非平稳时程与实际地震记录的渐近谱,发现可从渐进谱分布规律的角度解释这些时程的特性差异。在Nakayama方法基础上建立了一个地震动合成模型,指出地震动时程的幅值和频率非平稳应同时与渐进谱和时频非平稳的相位相关。由本文和Kameda模型合成时程与实际地震动记录的渐进谱和相位的对比分析表明,依照本文模型合成时程的渐进谱和相位同时表现为时频非平稳,这与实际地震记录的特性完全相符。