震灾防御技术

2023 年 1 期封面

2023 年 1 期目录

地下结构抗震与减隔震研究进展与展望

庄海洋, 唐柏赞, 余冰雁, 许紫刚, 张季, 周珍伟

为进一步了解国内外关于地下结构抗震与减隔震的研究现状，首先，基于CiteSpace软件对文献展开量化分析，明确该领域研究历史发展脉络和进展；然后，对地下结构地震反应分析涉及的原型观测、理论分析、模型试验、数值模拟进行阐述，并综合分析不同研究方法的优缺点与适用情况；最后，从地下结构抗震与减隔震方面，总结国内外关于减轻强震区地下结构震害技术措施的研究成果，并对城市地下结构抗震韧性提升及未来需开展的研究工作进行展望。

专题简介

庄海洋

浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

赵密, 李铭博, 高志懂, 杜修力

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度，采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应，将动力时程分析法结果作为参考解，对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明，在均质场地条件下，反应加速度法最大误差约18%，反应谱法最大误差约9%；在浅基岩场地条件下，反应加速度法最大误差约33%，反应谱法最大误差约16%；反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件，且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。

多地震动作用下地下结构Pushover分析法研究

蒋家卫, 荀郑, 赵凯, 许紫刚

求解多地震动作用下结构响应均值与标准差是地震易损性分析的基础工作。在地下结构Pushover分析法的基础上，提出间接计算结构在多地震动作用下均值响应的求解方法，即间接求解法(Indirectly Solution Average，ISA )。该方法以多地震动作用下自由场响应均值为目标位移，采用倒三角荷载分布模式，经1次Pushover分析得到结构响应均值。采用ISA计算得到不同地震动强度（调幅12个强度等级）下地铁车站结构层间位移响应均值与标准差。将ISA计算结果与先进行地下结构Pushover分析，然后求取响应均值与标准差的直接求解法计算结果进行比较，可知2种方法得到的结构层间位移响应均值误差＜2%，标准差误差基本＜10%，验证了ISA计算精度，可为地下结构基于性能的抗震设计概率地震需求模型计算提供快速分析方法。

基于分体柱的地铁车站结构抗震性能研究

许紫刚, 夏宗尧, 庄海洋, 张强, 张季, 唐柏赞

浅埋地下车站结构中柱和地面高层结构底层中柱相似，地震作用下均需承担较大的竖向压力，易因变形能力不足发生脆性破坏。在某2层3跨地铁车站结构中引入地面高层结构中的分体柱设计理念，形成新型地下车站结构抗震体系。首先，通过拟静力推覆分析对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱在轴向压力作用下的水平变形特性；然后，建立了土-结构相互作用的拟静力推覆分析有限元模型，从关键截面内力、关键构件变形能力、关键构件塑性损伤等角度对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱的地下结构抗震性能差异。研究结果表明，将分体柱应用于2层3跨地铁车站结构中可提高整体结构抗震性能，其工作机理是避免分体柱承担过大的剪力和弯矩，并充分发挥分体柱竖向支撑能力和水平变形能力。

沉管隧道纵向抗震韧性评价方法研究

李心熙, 禹海涛

抗震韧性是评估结构抗震性能的重要手段，但目前对沉管隧道纵向抗震韧性评价的研究较缺乏。基于梁-弹簧模型建立能够合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造的沉管隧道多尺度分析模型，选择合理的评估指标，根据不同极限状态定义获得地震易损性曲线，通过构建合理的性能恢复函数计算隧道韧性指数，从而建立沉管隧道抗震韧性评估方法，并以某沉管隧道实际工程为例进行隧道抗震韧性分析，揭示地震动强度及地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。研究结果表明，随着PGA的增加，隧道震后剩余功能函数显著下降，隧道抗震韧性明显降低；隧道韧性指数随着地层-结构相对刚度比的增大而增大。

软弱地层综合管廊三维非线性地震反应特性研究

潘强, 赵丁凤, 曹泽伟, 钱健, 周正龙

软弱地层综合管廊在强震作用下易发生破坏。考虑土体非线性及水的影响，以苏通GIL综合管廊工程为依托，采用三维线性梁单元模拟螺栓与钢筋，对地震动进行幅值标定，建立三维精细化有限元模型，并根据不同地震动输入方式及强度，从衬砌应力分布、张开量及结构损伤角度分析综合管廊非线性地震反应特性。研究结果表明，45°共轭方向与拱腰位置处管廊受力较大，横向、纵向地震动作用下，随着地震动强度的增加，应力增加明显；横向地震动输入对管廊环间张开量的影响较小，当地震动达到峰值附近时，张开量增长明显，并在一定范围内波动；横向地震动对管廊结构损伤的影响较大，峰值加速度达0.3 g时，管廊内部结构在两端连接处及中间支撑处连接点出现拉压变形。

叠合装配式管廊结构抗震性能水平与评价方法研究

苗晗, 蒋录珍, 安军海, 李莎, 马晓明

叠合装配式综合管廊因其适用性强成为地下综合管廊建设的重要方向，但在管廊结构抗震分析研究中，缺乏对其抗震性能的合理评价指标。为此建立土-叠合装配式综合管廊有限元数值模型，探讨不同地震动频谱特性和峰值强度对叠合装配式综合管廊加速度响应、位移响应及地震损伤特性的影响，基于层间位移角限值、地震损伤程度及叠合面损伤程度之间的对应关系，提出在水平地震作用下叠合装配式管廊结构抗震性能水平划分，并对其进行物理特征描述，为基于抗震性能的叠合装配式综合管廊结构设计提供参考。

波浪地震联合作用下砂质海床沉管隧道动力响应分析

白笑笑, 马锐, 王秋哲, 鹿庆蕊, 赵凯, 陈国兴

对于埋置于海床表层的沉管隧道，波浪作用是不容忽视的常遇海洋环境因素。不同于陆域地下结构，海底沉管隧道地震反应分析和安全评价应考虑波浪的联合作用。基于Biot完全耦合的动力有效应力分析方法，对波浪与地震联合作用下砂质海床-隧道之间的动力相互作用特性进行研究。研究结果表明，相较仅有地震作用，波浪荷载加速了沉管隧道周围海床地震残余超孔压的增长和渐进液化进程，增大了沉管隧道上浮量；波浪与地震联合作用对应的β谱谱值更大，且卓越反应周期向长周期偏移；波浪对海床地震动的影响深度有限，仅对海床地表以下15 m范围内的地震动有放大效应。忽略波浪环境作用对砂质海床场地设计地震动参数的影响，对于沉管隧道抗震设计是偏于不安全的。

喜马拉雅地震带地震活动性参数确定

王继, 高战武

GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》发布距今已有十多年，期间，地震资料（尤其是青藏地震区地震资料）发生了较大变化，及时开展相关地震带地震活动性参数研究对重大建设工程抗震设防安全具有重要意义。本文研究补充了600余条地震目录，其中8.0～8.9级地震7次，7.0～7.9级地震35次，并分析了地震资料的完整性：由于历史、地理、人文的原因，喜马拉雅地震带地震遗漏较严重，7级地震直至1897年才基本完整，6级地震直至1950年才基本完整，5级地震直至1980年才基本完整；本文根据8级以上地震密集活动时段划分了地震活动周期，公元1803年以来可以划分出2个活动周期，并对未来地震活动进行了预测；采用多种方案拟合了喜马拉雅地震带的b值和4级以上地震年发生率：b=0.90，v₄=162，并与前人的计算结果进行了简单对比。

潮汕盆地断裂构造特征及其晚第四纪活动性初探

张攀, 刘华国, 李峰, 何萍, 贾启超, 龚飞, 李冰非

潮汕盆地主要受控于北东向和北西向2组断裂构造，盆地及周缘曾发生过多次破坏性地震。因此，厘定相关断裂的构造特征和第四纪活动性，对合理评估区域地震危险性至关重要。在系统总结和分析已有第四系钻孔年代学的基础上，采用野外地质调查与地球物理勘探相结合的方法，对潮汕盆地及周缘断裂构造开展详细的研究工作。盆地周缘基岩区断裂构造野外解析表明，北西向断裂具有正断层性质，兼具左行走滑特征，北东向断裂以逆冲变形为主。结合盆地第四系覆盖区浅层人工地震探测和已有地层年代学分析结果，进一步厘定了榕江断裂、韩江断裂、饶平-汕头断裂和普宁-潮州断裂在潮汕盆地内的几何学展布和晚更新世以来的活动特征。

基于无人机影像的辽宁农居建筑物提取技术与应用研究

于浩, 贾晓东, 庞巧, 周小龙

本研究以实地调研数据为基准，无人机影像数据分析为验证，进行了基于无人机识别能力范畴的辽宁农居建筑结构类型划分，并根据区域结构类型比例、影像特性等指标优化了农居遥感解译标志整体参数，提取了不同建筑结构的不同解译标志阈值区间，并基于无人机低空正射影像DOM、数字表面模型DSM制定改进型DSM提取算法处理流程与代码，利用Python语言及开发环境完成了遥感影像要素提取与评估系统开发应用。通过最优组合解译标志获取无人机影像解译一致性系数Kappa=0.723，表明制定的解译标志特征对获得具有较好一致性的房屋结构类型具备一定的可行性。以改进型DSM提取算法为核心的建筑物提取软件提取建筑的整体精度为75%，基本满足地震应急需求。

地震滑坡灾害下输电杆塔灾损评估研究

严屹然, 刘泽宇, 冯杰, 徐希源, 于振, 易立新

为快速评估地震与滑坡灾害对输电杆塔的损毁作用，辅助风险防控措施制定与应急指挥人员决策，研究输电杆塔在地震与滑坡灾害中的损失概率模型。使用蒙特卡洛方法模拟地震震级与震源点坐标，结合峰值地面加速度与脆弱性曲线构建输电杆塔震损概率模型。基于Newmark理论与材料力学原理，构建地震诱发滑坡概率模型及杆塔滑坡冲击损毁概率模型。对我国西南部某区域输电杆塔进行地震与滑坡灾损分析，得到研究区域内各输电杆塔震损概率及滑坡冲击损毁概率。研究结果表明，输电杆塔损毁概率随震级的增大而增大，震级相同时输电杆塔损毁概率主要取决于震中距。滑坡体高度及杆塔与坡脚距离是影响杆塔损毁概率的主要因素，较高处的滑坡体下落时将重力势能转化为动能，进而冲击作用于杆塔，而较小的杆塔与坡脚距离将导致摩擦损耗较小。对于损毁概率较高的杆塔，应采取避让、迁移等措施，降低滑坡灾害的影响。

基于ABAQUS的行车过程中桥梁动挠度模拟

韩轶, 周正华, 章逸, 刘旭进, 王杰, 周稳

为研究桥梁结构在行车过程中动挠度的变化，同时考虑传统动荷载试验方法耗费人力、不利于桥梁快速检测与桥梁健康评估的局限性，提出基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法。首先将车辆荷载等效为振动移动荷载；然后根据车辆实际轴距、轮距和轮胎尺寸，在桥梁模型上划分行车带，通过Dload子程序，将荷载作用在行车带上；最后根据车速设置分析步和增量步时长，控制荷载在不同时间作用在行车带各区域模拟车辆运动。将该方法应用于实际连续箱梁桥动荷载试验中，对比分析各工况下的实测结果与模拟结果。实测结果与模拟结果基本一致，表明基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法可实现桥梁动挠度的快速检测评估，为通过动荷载试验数据评估桥梁安全提供简便方法。

高速列车运行引起的地基振动测试与分析

闫石, 周游, 郝冰, 李远东, 魏来, 周正华

为分析高速列车运行引起的地表处振动峰值加速度随距轨道中心线距离的变化特征，选择8个不同场地类型及路基形式的工程场地进行高速列车运行引起的地表振动加速度测试。研究结果表明，高速列车引起的地表振动加速度随距轨道中心线距离的变化特征因场地条件和路基形式的不同存在显著差异；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地条件下，高速列车引起的地表三分量振动加速度均随距轨道中心线距离的增加而减小，且距轨道近距离处峰值加速度衰减较快，远距离处衰减较慢，Ⅰ类场地条件下，高速列车引起的地表振动加速度随距轨道中心线距离的增加呈先增大后减小的趋势；对于相同路基形式的高速铁路，Ⅲ类场地条件下地表振动峰值加速度随距轨道中心线距离的增加减小速度最快，Ⅱ类场地次之，Ⅳ类场地衰减最慢。

大跨度悬索桥地震响应控制分析

张世蒙, 王亚欣, 王贵春

以主跨为1 490 m的润扬长江大桥为背景，采用ANSYS软件建立结构有限元模型，计算大跨度悬索桥动力特性。对黏滞阻尼器和软钢阻尼器进行参数敏感性分析，得出控制大跨度悬索桥地震响应的最优参数值，并分析一致激励和行波激励作用下黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果。研究结果表明，黏滞阻尼器和软钢阻尼器对塔梁相对位移有较好的控制效果，但会使塔底内力有所增加；就位移控制而言，软钢阻尼器的效果更好；在低视波速区间内，黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果明显存在波动特征；随着视波速的逐渐增大，黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果受视波速的影响逐渐减小，悬索桥地震响应逐渐平缓，并趋于一致激励作用下的对应值。

地震动持时在工程抗震设计中的研究现状与展望

王志涛, 王巨, 郭小东

长持时地震动对工程场地震害和建筑结构累积损伤具有不利影响，在工程结构抗震设计中选取地震波时，应充分考虑地震动持时的影响。通过文献梳理，对几类典型的地震动持时定义进行阐述，分析其特点与适用性，并总结持时影响因素及预测方程的研究进展。基于持时对结构抗震性能的影响，总结考虑持时的抗震设计方法研究现状，分析存在的问题，并对研究方向进行展望。

桩式地震表面波屏障减震试验与数值分析

郁雯, 潘乐鹏, 张文祥, 魏宝川

在双层均质土地基条件下，以桩长和桩间距为参数，采用模型试验法和数值分析法研究屏障桩对地震表面波的减震效果。研究结果表明，设置屏障桩可有效减弱地震表面波在土体中的传播，使桩后方减震区域加速度响应明显减弱；屏障桩长度和间距均对地震表面波在土体中的传播影响显著；在桩长试验中，减震率变化同时受桩长和地基土层影响，实际工程中应根据地基中土层分布情况进行桩长设计；在桩间距试验中，减震区域减震率达46%～56%，桩间距宜取约1.5倍桩径。

土体参数对空沟隔振效果的影响研究

刘晶磊, 尚康君, 周玮浩, 张伯扬, 魏来星, 毕全超

为分析均质地基中各参数变化对土体振动响应和空沟隔振效果的影响，通过有限元软件建立二维均质地基计算模型，分析空沟尺寸、激振频率等对土体的影响，研究了不同土体弹性模量、密度及泊松比下的振动加速度差异。结果表明，空沟深度为重要影响因素，空沟深度越深，隔振效果越好；空沟宽度对隔振效果几乎无影响；弹性模量对空沟隔振效果的影响较密度大，且弹性模量越大，隔振效果越差；密度对土体振动加速度和振幅衰减系数的影响较小；泊松比对空沟隔振效果的影响大于密度，但低于弹性模量，泊松比越大，振动加速度越小，隔振效果越差；激振频率越大，空沟隔振效果越好。

基于改进Chan-Taylor算法的震后定位搜索技术研究

胡喆馨, 卜凡亮, 王媛媛

针对震后复杂的非视距传播环境，在充分了解废墟状态下信道特征和信号传播特点的基础上，构建震后无线定位系统框架，提出改进的Chan-Taylor位置解算方法，将改进的残差加权算法与多元泰勒级数展开算法相融合，并进行二次残差加权。对废墟环境进行实地调研，并通过Matlab进行仿真模拟实验，仿真结果表明，改进后的算法能更好地抑制非视距环境下TDOA的测量误差，对震后被压埋幸存者的位置解算与及时营救具有重要意义。

综合ULBP与Gabor纹理特征的SAR影像建筑区提取方法研究

邵乐, 王晓青, 翟玮, 丁香

建筑区提取对于地震灾情快速评估和地震灾害风险识别至关重要，合成孔径雷达（SAR）影像的纹理特征研究可在建筑区提取方面发挥重要作用。利用全极化SAR影像，提出综合使用ULBP纹理特征和Gabor纹理特征的建筑区提取方法。在SAR数据预处理的基础上，首先对基于Gabor滤波的纹理特征影像进行主成分分析，保留前2个最优主成分纹理特征影像；然后与ULBP纹理特征进行波段组合；最后利用支持向量机监督分类方法对组合后的影像进行分类，获得建筑区。研究结果表明，综合使用ULBP纹理特征和Gabor纹理特征可得到更高的建筑区提取精度，总体分类精度达90%，Kappa系数为0.78。

基于微信与LBS云的应急避难场所信息服务系统研究及实现

贾宁, 韶丹, 孙哲, 郭建兴

为解决一直以来应急避难场所信息服务形式单一化、用户体验不佳、软件不易推广的现状，陕西省地震局结合微信这一在移动通讯领域得到广泛应用的即时通信平台和百度地图高性能集群式LBS云技术，设计并实现了一套应急避难场所信息服务系统。本文详细阐述了系统架构以及用户信息管理和位置上报、应急避难场所云数据存储和检索、避难路线规划导航等关键技术实现思路和方法。该系统具有使用便捷、易于推广、云计算性能高、人性化设计等优势，目前，已成为陕西省地震局最为重要的信息服务平台，为公众灾后紧急疏散提供了便利，提升了地震部门信息服务的有效性和针对性，为防震减灾信息化服务提供了新的思路和方法。