震灾防御技术

2022 年 3 期封面

2022 年 3 期目录

专题简介

王玉石, 荣棉水

SV波入射下层状半空间相邻半圆形凸起地形地震响应研究

丁海平, 夏娴, 张如艳, 于彦彦

采用有限元方法计算SV波入射下层状半空间相邻2个半圆形凸起地形的地震响应，比较分析相邻凸起之间的相互影响。研究结果表明：（1）当无量纲频率

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较小时，凸起间距对地表位移谱放大系数

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的影响明显大于高频；凸起间距越小，右侧凸起对左侧凸起的影响越大，而左侧凸起对右侧凸起的影响还受入射角度限制。（2）当无量纲频率

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> 1.0 时，对于相同的入射波频率和入射角度，凸起间距越大，对谱放大系数的影响越小。（3）当输入地震波波长大于凸起地形宽度时，相邻凸起的影响可忽略。（4）与SV波入射下均匀半空间半圆形凸起地形的地震响应相比，无论是单个半圆形凸起还是相邻2个半圆形凸起，在

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≤1.0范围内，层状半空间地表位移谱放大系数明显大于均匀半空间地表位移谱放大系数；在

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≥1.0范围内，偶尔会出现层状半空间地表位移谱放大系数小于均匀半空间地表位移谱放大系数的情形。

基于流固耦合统一计算框架的三维大规模海域场地地震反应分析−以东京湾为例

黄朝龙, 陈少林, 沈吉荣, 张丽芳

海域场地地震响应分析是确定海洋工程结构抗震设计地震动输入的重要环节。然而，针对海水、饱和土、基岩之间的流固耦合分析，目前一般通过对3种介质方程进行离散，然后整体求解或分区耦合求解的方式进行，过程复杂而低效。因此，大规模海域场地地震反应分析仍是一个挑战性问题。本文基于流固耦合统一计算框架求解海域近场波动问题，采用透射边界模拟无限域，通过将海水和基岩视为孔隙率分别等于1和0的广义饱和多孔介质，使得海水、饱和土、基岩之间的相互耦合可在统一计算框架中实现，避免不同介质求解器之间的数据交换。采用集中质量显式有限元并行计算，不同进程之间采用MPI进行数据交换，提高计算效率；采用逐元技术，按单元类别存储单元刚度，大大节省了内存，便于大规模计算。通过自编程，输入界面高程数据和材料参数，实现建模-自由场-三维地震动模拟全流程自动化。以东京湾为例，使用该方法和程序在超级计算机上模拟SV波垂直入射时的地震响应，证实了该方法用于三维大规模海域地震波场模拟的高效性和可行性。

基于动力学震源模型的三维沉积盆地直下型断层地震动模拟

巴振宁, 慕少聪, 赵靖轩, 梁建文

沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平，尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程，开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究，探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积盆地地表响应规律。研究结果表明，断层面应力降对盆地地表地震动的影响显著，在断层面强度一定的情况下，随着初始剪应力的增大，即应力降增大，盆地地表峰值响应增大，原因在于应力降的改变影响了断层破裂释放能量，进而引起断层破裂速度改变，最终导致盆地地表响应发生变化；改变断层面成核区位置会对盆地内部地震动分布规律产生影响，当成核区位置从断层中间向断层左侧移动时，盆地左侧地震动逐渐减小，而右侧地震动逐渐增大，最终表现为盆地右侧地震动显著高于盆地左侧，原因在于改变成核区位置后，导致近断层地震动的方向性效应发生变化。

盆地对三分量地震动持时的影响初探

张灿旭, 马完君, 王舜禹, 朱健, 卢建旗, 谢志南

利用关东盆地及其周边KiK-net台网井上台站记录的2004—2017年15次中强地震（矩震级为5.1～6.9级）构建三分量记录显著持时Ds_5-95数据库。针对该数据库，基于残差分析方法和3种水平向地震动持时参数预测方程，计算并给出事件间残差和事件内残差及其随不同类别参数的变化。在此基础上，初步探讨了水平向地震动持时预测方程应用于预测竖向地震动持时的可行性及盆地对三分量地震动持时的影响。研究结果表明，对于震源距和场地V_S30相当的情况，盆地内台站持时普遍大于盆地外台站持时，盆地内、外台站竖向地震动持时均大于水平向地震动持时；3种预测方程均可实现对盆地外台站水平向地震动Ds_5-95的合理估计，但在一定程度上低估了盆地内台站的水平向地震动Ds_5-95；3种预测方程均无法直接应用于竖向地震动持时预测。

滇西南地区品质因子、场地反应与震源参数研究

刘奥懿, 荣棉水, 李小军, 王宏伟, 卢滔, 傅磊

为深入了解滇西南地区地震动影响因素特征，更好地服务于目标区的抗震设防工作与地震预测等相关研究，利用两步非参数化广义反演方法对滇西南地区2007—2019年242组三分量强震记录进行分析，通过对地表观测地震动在频域内的分离求解，给出了该地区0.5～20 Hz的品质因子经验关系，获得了26个强震台站在研究频段内的场地反应，并与HVSR法揭示的场地放大结果进行对比分析。基于网格搜索法确定了35次地震事件的地震矩M₀、拐角频率f_c及震源模型参数

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，拟合得到了部分震源参数之间的定标关系。研究结果表明，滇西南地区品质因子Q值与频率的关系为Q=94.23f ^0.43；相较于HVSR法，非参数化广义反演方法确定的场地反应整体偏高，但2种方法得到的场地反应谱形较一致；拐角频率、地震矩及应力降等震源参数互相具有一定依赖性。

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

王玉石, 李小军, 李敏, 刘艳琼, 丁毅

场地条件对地震动特性影响显著，在抗震设计反应谱的确定过程中，需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果，均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计，多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数，对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上，结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果，建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。

典型斜坡地形地震动特征分析

丁佳龙, 郝冰, 李远东, 周港圣, 周正华

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例，通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1，顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值，且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大，坡顶处约为3；顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz，垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高，为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应，数值模拟结果表明，斜坡坡顶处的位移放大作用显著，坡脚处放大作用较小；介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显，尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应，在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波，坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。

场地对地震动放大作用的方向相关性研究

卢滔, 郭林松, 佟鑫, 卢玉林, 霍敬妍

现有场地对地震动的放大作用分析中，常采用观测得到正交方向的HVSR和SBSR的矢量合成结果表征场地放大作用，而不考虑放大作用的方向相关性。为研究不同地震作用下场地放大作用的方向相关性，采用多向HVSR和多向SBSR及谱比峰值方向相关分布概率，以11次地震事件获得的地表、井下基岩记录作为数据，开展响嘡场地效应台阵场地对地震动放大作用的方向相关性分析。研究结果表明，常用的矢量合成法分析结果与多向谱比上包络曲线法分析结果存在差异，前者存在忽略部分峰值的可能；多向谱比的极坐标等高线图可较直观地体现场地对地震动放大作用的方向相关性特征，但不同多向谱比表现存在差异；多向谱比峰值方向分布概率可较好地定量分析放大作用峰值在不同方向上的差异，但不同地震事件存在差异，不同的多向谱比存在差异。可采用多向谱比上包络曲线法分析场地放大作用，除可避免矢量合成法引起的误估外，也可更好地分析实际场地频率-方向相关的放大作用。

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

杨笑梅, 胡苗, 吴晟, 陈鑫, 赖强林

随着强震台网的密布及观测记录的增加，为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据，也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地，通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型，研究地震动特征，分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录，采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型，进行局部场地地震反应分析，预测该盲测场地的地表地震动特征，并与对应的实测强震记录结果进行对比，分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响，重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响，以期为地表地震动的合理预测提供参考。

地震预警仪观测地脉动差异与评估场地条件的可行性研究

师黎静, 崔迪宇, 刘佳轩, 高凯

根据台站场地条件进行地震动参数校正，有助于提高地震预警的有效性和准确性。针对我国地震预警台网中部分台址场地条件信息不完整及观测仪器的多样性，通过采用不同灵敏度的力平衡式加速度仪、速度仪和MEMS烈度仪，同时进行大量不同类别场地的地脉动观测，多角度对比分析时、频差别，探讨基于地震预警仪观测地脉动评价场地条件的可行性。结果表明，加速度仪灵敏度越高，H/V谱比卓越频率越易识别；速度仪与力平衡式加速度仪观测的地脉动，三分向傅氏谱和H/V谱比的谱形与卓越频率均一致；与TAG-33M强震仪相比，TMA-53烈度仪观测的地脉动整体幅值略高，波形较差，但随着振幅增大趋于一致；在近80%的场地上，TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱卓越频率相差＜0.5 Hz；当幅值均方根值＞0.05 Gal时，TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱均趋于一致；当幅值均方根值为0.02 Gal～0.05 Gal时，TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动竖向和水平向傅氏谱谱形均有较高的相似性；当幅值均方根值＜0.02 Gal时，TAG-33M强震仪与TMA-53烈度仪观测的地脉动傅氏谱谱形相差较大，相似性低；依据TAG-33M强震仪观测地脉动H/V谱比的卓越频率判定场地类别，准确率达83.3%；TMA-53烈度仪观测地脉动的H/V谱比过于平坦，大多数场地上卓越频率识别困难。

海域俯冲带高频地震动模拟−以2021年2月13日日本福岛M_S7.1地震为例

李宗超, 高孟潭, 孙吉泽, 司洁戈, 吴清, 李奇

2021年2月13日，日本福岛近海发生M_S7.1地震，震中距海岸线约70 km，震源深度接近60 km，造成了较大范围的震害影响。考虑地震应急及地震动强度特征预测的应用前景等，利用经验格林函数法快速估计了本次地震的高频地震动（1.0～20.0 Hz）空间分布特征及加速度时程，并结合实际地形、场地覆盖层等信息对部分台站地震动模拟结果进行修正，最终获得较可靠的地震动预测结果。研究结果表明，在具备合适小震记录时（余震及前震），可较准确地再现大震的高频地震动主要特征，模拟结果与真实记录拟合较好；地震动模拟过程中需考虑盆地等特殊地形及覆盖土层对地震动的放大作用影响，这也是未来利用经验格林函数法合成大震时需重点考虑的因素。

基于POT模型的昆仑山地区地震统计特征分析

任晴晴, 赵宜宾, 钱小仕, 李科长, 张艳芳

极值统计是研究较少发生但一旦发生即产生极大影响的随机事件的有效方法。本文以地震活动频繁的昆仑山地区作为研究区域，建立了基于广义帕累托分布的超阈值（POT）模型，并讨论了该地区若干地震活动性参数，包括强震震级分布、潜在震级上限、强震平均复发间隔、一定周期内的强震发震概率、一定时期内的重现水平和超定值重现震级。经统计分析得到：该地区震级阈值选定为M_S5.5，超阈值期望震级为M_S6.81，潜在震级上限高达M_S9.08，M_S8.0的平均复发间隔仅为66.8年，未来3年该地区发生M_S5.5～M_S6.5的概率在80%以上，百年重现水平即可达到历史最大震级M_S8.1。

最小二乘地震波4D球面扩散与吸收补偿方法及其应用研究

周青春, 黎益仕, 高战武, 罗浩, 王继

基于地震波传播过程中能量衰减的物理机制理论分析，通过梳理已有研究成果，采用正弦函数分频、最小二乘法高阶e指数曲线拟合等技术研发了可实现时间、频率、炮检距和炮域内地震波4D球面扩散与大地吸收衰减补偿方法，解决了常规振幅补偿无法补偿振幅随频率衰减和剩余补偿的问题。实际地震资料处理结果表明，相较于常规振幅补偿方法，该方法可更准确地对球面扩散和大地吸收造成的地震波衰减进行自适应拟合与补偿，较好的恢复中、高频信号成分，提高主频，拓宽频带，有效提高成像分辨率，并较好地保持了振幅的相对关系。

2020年伽师M_S6.4地震InSAR同震形变与滑动分布特征分析

木妮拉·局玛洪, 艾力夏提·玉山, 李瑞, 刘代芹, 朱治国, 陈丽

利用Sentinel-1A升轨和降轨数据，基于D-InSAR技术，获取2020年1月19日伽师M_S6.4地震同震形变场，并结合其他研究机构给出的震源机制解参数和已有研究成果，反演得到伽师地震的发震断层几何特征和滑动分布。研究结果表明，伽师地震同震形变在地表有明显差异；升轨同震形变在卫星视线方向北侧抬升55 mm，南侧下降42 mm；降轨同震形变在卫星视线方面北侧抬升63 mm，南侧下降23 mm。通过反演得到发震断层走向为275°，倾角为20°，地震滑动主要分布在地下5 km处，最大滑动量约为0.32 m，平均滑动角为89.3°，累积地震矩为1.46×10¹⁸ N·m，合矩震级M_W6.1，发震构造为具有少量走滑性质的逆冲断裂。从发震构造特征、同震滑动分布推测，伽师地震发震构造是柯坪塔格褶皱带滑脱面以上沉积盖层内的逆冲断裂，支持了柯坪推覆体的薄皮构造模型观点。

农村人口流动对地震灾害人员伤亡评估的影响研究−以张家口为例

李姜, 李铁纯, 张兴, 郭彦宇

通过对农村人口流动的数据统计，利用Pearson相关分析法，分析不同因素下张家口地区村镇人口流动情况，发现流动人口率与人均水浇地面积和地理位置存在显著的相关性，并建立该区域村镇人口流动关系模型。通过实地调研张家口地区村镇人口数据，验证了村镇人口流动关系模型的适用性。基于公里格网人口、建筑物等基础数据，进行张家口地区设定地震灾害人员伤亡评估，结果表明，基于村镇人口流动关系模型修正后的人员伤亡评估结果与专家修正后的结果更接近。村镇人口流动关系模型可给出合理修正后的地震灾害人员伤亡评估结果，且更适用于6.0级以上有人员伤亡的地震评估。

建筑结构监测与抗震韧性评估

王飞, 康现栋, 刘影, 陈宏宇

建筑结构响应是有效反映结构动力特性的最直接参数，开展结构动力响应实时监测可为结构抗震韧性评估提供准确的地震动输入。本文基于非结构构件损失构建结构抗震韧性评估方法，研究确定位移敏感型和加速度敏感型非结构构件的易损性模型。选择某六层钢筋混凝土框架结构进行实时监测系统建设，基于监测数据开展结构抗震韧性评估。通过构建建筑信息模型（BIM），并在有限元分析软件OpenSees中建立结构弹塑性分析模型，利用实时监测数据实现结构模型更新，直至监测数据与模型分析结果一致。由于实时监测数据峰值较低，结构不会发生塑性变形，因此选择10条双向非脉冲地震动模拟实时监测地震记录。根据层间位移角和楼面加速度分布，开展结构功能损失评估，得到该建筑结构的抗震韧性得分。分析表明，该结构抗震性能较好，在遭受地震破坏后，会发生非结构构件脱落，需要采取有效措施进一步提升建筑抗震韧性水平。

地震作用下钢筋混凝土柱变形与损伤研究

刘科

为量化地震作用下钢筋混凝土（RC）柱损伤情况和变形，并将不同地震破坏状态下RC柱损伤和变形进行分析。从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中收集91组RC柱抗震试验数据，选取4种广泛应用的构件损伤模型进行计算，将损伤发展曲线与层间位移角发展曲线进行对比分析。对RC柱损伤指标限值进行归一化处理，统计分析后得到不同破坏等级下的位移角限值，并给出了RC柱各破坏等级下的位移角限值与损伤指标限值对应关系。研究结果表明，牛荻涛损伤模型可更准确地评价地震作用下结构构件损伤程度，且与层间位移角发展曲线均呈近似线性增长趋势；不同破坏等级下的位移角限值验算保证率均＞80%，表明本文提出的位移角限值具有一定合理性。

横墙对框架结构动力响应的影响分析

王波, 罗若帆, 宣越, 阿拉塔, 董孝曜

填充墙具有显著的刚度和承载力贡献。建筑结构震害调查发现，不开洞横墙的破坏程度远小于开洞纵墙的破坏程度，从宏观现象可判断大部分多层建筑的破坏主要由结构纵向运动造成。为研究横墙在地震作用下的性能及其对结构整体动力响应的影响，以经受2021年5月21日云南漾濞6.4级地震震害的花椒园小学教学楼为研究对象，按当地抗震计算参数进行弹塑性时程分析。采用等效斜压杆模拟横向填充墙，设置无填充墙框架结构、带黏土砖墙的框架结构、带空心砖墙的框架结构和带加气混凝土砌块填充墙的框架结构模型，选取10组地震波横向输入。研究结果表明，4种结构自振周期均处于具有统计学意义的平台段，平均加速度响应较接近，质量和刚度变化不会使结构加速度产生规律的变化；受结构自重影响，无填充墙的框架结构底部剪力小于带填充墙的框架结构，带填充墙的框架结构位移远小于无填充墙的框架结构；带有多道不开洞横墙的多层框架结构的破坏主要是由结构纵向破坏引起的。

基于AHP的地震信息系统安全评价方法研究

陈欣, 郑智江, 刘文龙, 吕传振, 李林蔚

为有效应对网络安全问题，加强地震信息系统网络安全，网络工程师做了大量工作，如增加网络防护、开展安全演练等，但在网络安全评价体系和评价方法方面开展的研究相对较少。本文结合《信息安全技术网络安全等级保护测评要求》（GB/T 28448—2019）要求，基于AHP（层次分析法）获取系统评价权重指标，分别利用模糊综合评判方法和可拓方法对地震信息系统实例进行安全等级评价，并对比2种评判方法，验证其在地震信息系统安全评价工作中的应用效果。本研究采用量化的客观评价方法，可为信息系统安全评价、风险识别、安全等级保护等提供参考。

区域性地震安全性评价发展现状与定位初探

黎益仕, 吴健, 赵凤新

对区域性地震安全性评价的产生背景进行回顾，系统地梳理相关制度建设和业务开展的基本现状，总结在属性定位、推进力度、技术要求和监管力度等方面存在的主要问题，并对基本原因进行分析，提出区域性地震安全性评价的属性定位设计和在抗震设防要求管理体系中的位置，以期为深化改革和加快制度建设提供参考。