震灾防御技术

2024 年 1 期目次

专题简介

刘中宪, 吕杨, 姚新强

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

张彦, 程鹏, 赵瑞斌, 孟庆领, 黄磊, 刘中宪

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台，编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序，对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地，输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波，研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明，地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化，地震波强度越大，液化区分布范围越广，地表处出现了永久塑性变形；地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前，且下层土的液化会减弱地震波的传播速度，导致上层地表土发生液化的时间延后；盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动，不同工况下速度峰值放大系数为1.18～3.33。

饱和复杂场地效应对大跨连续梁桥地震响应影响的研究

程喜

我国沿海地区大量大跨桥梁位于饱和复杂场地，此类场地通常存在土饱和特性、起伏地形、上覆水层，其对地震波的散射效应将导致地震动空间变化，然而目前缺乏针对此类场地条件的实测地震记录。针对此问题，本文建立了适用于饱和复杂场地大跨桥梁抗震分析的多点地震动模拟方法。首先，基于边界元法求解饱和复杂场地地震动传递函数；然后采用谱表示法生成空间变化人工地震动加速度时程；最后，以五跨连续梁桥为例，开展大跨桥梁地震响应分析，研究局部场地效应、动水压力效应对大跨连续梁桥地震响应的影响规律。结果表明，饱和复杂场地地震动加速度峰值表现出明显的空间变化特性，多点输入可导致饱和场地中地震动峰值加速度放大2～3倍，进而引起墩顶位移较一致地震作用结果增大95%～110%；动水压力可引起墩顶位移、墩底内力增大34%、29%。饱和复杂场地大跨桥梁抗震分析时忽略场地条件对地震动、桥梁地震响应的影响偏于不安全。

新型竖缝互锁灌孔复合砌块墙体抗压及抗震性能试验研究

徐笠畅, 李铮翔, 夏多田, 朱楚翔, 周长乐

新型竖缝互锁灌孔复合砌块墙体是一种绿色、环保且低碳的新型砌体结构，为研究其抗压性能与抗震性能，分别对墙体进行轴压试验与拟静力试验，分析灌孔方式与构造柱类型对该墙体抗压承载力、荷载分配与变形协调等方面的影响，以及不同构造柱类型对墙体抗震性能的影响。结果表明，随着现浇构造柱与复合砌体部分强度差的减小，墙体整体变形协调能力有所提升；提出了适用于设置构造柱的新型墙体的抗压承载力计算公式，计算值与试验值吻合度较好；芯柱构造柱对墙体延性的提升效率高于现浇构造柱墙体，而现浇构造柱墙体的抗震承载力、极限位移等指标优于芯柱构造柱墙体。研发绿色、环保、低碳的新型砌体结构是助力国家乡村振兴战略和改善村镇建筑抗灾能力的有效途径，该新型墙体结构为新疆地区村镇建筑提供了一种新的选择。

地震巨灾对产业链的冲击影响风险评估

丛鹏里, 曹井泉, 姚新强, 林逸, 刘红艳, 纪静, 李芳芳

保障产业链安全稳定、具备抗灾韧性，成为我国经济高质量发展的重要基础，因此基于已收集整理的全球大震巨灾对产业链冲击影响资料，梳理分析地震灾害对不同行业及产业链的影响，尤其是针对地震巨灾对产业链影响的特征及要素进行研究。基于全球地震巨灾对产业链的冲击影响研究，通过量化方式给出产业链地震灾害风险评估水平及不同产业链震后恢复能力，并提出产业链地震安全保障举措建议，为研究我国产业链地震敏感性提供参考。

基于单体建筑数据的震后人员埋压分布快速估计方法初探

曹颖, 安立强, 高武平, 张安东, 杨菲, 王志胜

最大限度降低人员伤亡，是震后开展救援工作的首要目标。当地震发生后，快速精确地估计震后人员埋压分布，为救援行动提供方向指导，是震后需要紧急开展的工作。本文在总结前人工作的基础上，提出了一种利用高精度数据开展震后人员埋压分布估计的方法。首先根据实验目的进行数据采集和整理；然后将单体建筑物按照结构类型和使用类型进行划分，在此基础上进行精细尺度人口空间化；最后依据典型建筑物易损性曲线和设定的PGA计算出建筑物破坏情况，进而实现对人员埋压位置的快速估计。本文以天津宝坻城区为研究区，选取了3种典型的震后埋压人员分布评估方法。在设定的2种地震情景下，计算结果显示人员埋压分布在数量上存在差异，但人员埋压分布区域和相对数量高值区一致，均为砖木结构，与之相对的抗震能力较强且建筑年龄较新的框架剪力墙住宅建筑发生震后人员埋压的可能性不大，本研究可为地震应急救援工作提供决策参考。

潍坊青州M_L4.1地震震源区发震构造分析

柴光斌, 张辉, 崔华伟, 李翠芹, 赵银刚, 池国民, 刘海林, 李世莹

2022年5月2日7时53分山东潍坊青州发生M_L4.1地震，基于中国地震台网中心的地震观测报告和山东数字化台网的波形资料，采用双差定位法对潍坊青州地震序列进行重新精定位，利用 P波初动方法对其中11个M_L2.0以上的地震求震源机制解。利用阻尼时空应力反演方法和MSATSI软件包反演震源区局部应力场特征。经过分析得到以下结论：青州地震序列往SN向展布、倾向N。主震震源机制显示为正断，其节面Ⅰ走向263°、倾角31°、滑动角−109°，节面Ⅱ走向106°、倾角61°、滑动角−78°，局部应力场最佳主压应力轴呈NWW-SEE向（−92.19°）低倾角（16.09°）挤压，最优主张应力轴呈SSE-NNW向（0.26°）近水平（8.45°）拉张。本文推断发震断层为走向EW的隐伏断裂。

2010年以来青海6.0级及以上地震灾害及其影响综述

李鑫, 姚生海, 吕海金, 殷翔, 盖海龙, 万秀红

近十多年来中国大陆强震主要围绕青藏高原内部块体边界发育，如2008年汶川8.1级地震、2010玉树7.1级地震、2021年玛多7.4级地震、2022年门源6.9级地震等。其中青海省位于青藏高原东北部，块体构造复杂，变形强烈，自2010年以来6.0级及以上地震共计发生8次，占中国大陆6.0级及以上地震约22%，为地震频发区。本文基于地震现场资料、应急管理部、中国地震台网中心、美国地质勘探局（USGS）等不同信息源，对2010年以来青海6.0级及以上地震灾害情况进行汇总，并对主要震例震害特征及其抗震设防特点进行分析讨论，为后续青海地区震害防御提供相关建议。

考虑地质条件的场地V_S30经验估计模型的选用−以新疆地区为例

米欣雪, 张雨婷, 任叶飞, 王宏伟, 温瑞智

新疆地区地震频发且强度较大，震害较为严重，因此对该区进行地震危险性分析很有必要。场地效应是影响危险性分析结果的重要因素之一，不同场地条件对地震动的放大作用不同；常用的表征场地条件的重要参数有V_S30，但在实际工程中通常由于经济等原因，钻孔深度无法达到30m，不能直接获取真实的V_S30值，因此选用合理的V_S30经验估计模型成为研究人员关注的热点问题。为了得到更准确的V_S30估计值，本文共收集了新疆地区1307个工程钻孔数据，针对目前常用的5种经验模型，基于地质图信息将钻孔场地划分为6类年代单元，采用相关系数检验法分析回归模型的系数，采用对数正态分布检验方法分析钻孔的分布特征，选取各类单元最适用的模型。结果表明，相关系数检验法在最适用模型评价方面是失效的，而通过比较对数正态分布检验下的峰度系数和偏度系数可选取出各类地质单元最适用模型。最后根据模型选取结果，计算得到全部工程钻孔的V_S30值，并利用克里金插值方法得出新疆地区V_S30值的分布结果，研究结果可为新疆地区V_S30的潜在使用者提供有价值的辅助信息，此分析方法也可为我国其他地区V_S30经验估计模型的选用提供技术思路。

SH波斜入射下水平成层场地地震动特性研究

陈三红, 张郁山, 郝明辉

基于位移场理论和传递矩阵法，建立SH波斜入射下水平成层场地非线性地震反应等效线性化求解方法，研究SH波不同角度入射下场地地表峰值加速度放大系数及反应谱谱比变化规律。研究结果表明，地震波入射角度对场地地表峰值加速度影响明显，在大多数情况下，地震波斜入射下地表峰值加速度大于垂直入射；地震波斜入射下反应谱特性变化明显，入射角度对高频段反应谱的放大效应显著，且入射角度对不同类型场地的影响周期范围不同，入射角度对Ⅲ类场地周期影响范围明显宽于Ⅱ类场地。

考虑构件地震相关性的近海桥梁二维地震易损性分析

任文静, 邱大鹏, 张智, 柳春光

为了更加全面合理地评价我国近海桥梁结构的抗震性能，本研究开展了考虑氯离子侵蚀的简支梁桥二维地震易损性研究。以我国近海潮汐环境中某简支梁桥为例，基于IDA方法考虑了氯离子侵蚀对结构的不利影响，并模拟了桥梁的地震响应过程；选取合适的板式橡胶支座和桥墩损伤指标并得到了各自的地震易损性曲线，揭示了两构件之间地震的内在相关性，进一步基于相关性分析方法明确了两构件的相关系数，得到了桥梁结构合理的二维地震易损性曲线。结果表明，板式橡胶支座和桥墩之间的地震需求与抗震能力均存在密切的相关性，基于不同构件地震相关性的二维易损性曲线可以更加全面地评价桥梁结构的抗震性能。研究成果可以为近海桥梁抗震设计和地震风险评估提供科学依据与技术支持。

基于自适应ANN的高效核电设备易损性分析方法研究

刘鸿泉, 陈少林, 孙晓颖, 吴绍恒

传统的结构或设备易损性分析方法需要提供大量的数值模拟样本，这对于规模庞大的核电结构并不适用。为此，研究核电设备高效易损性分析方法，首先，基于拉丁立方法构建随机地震动-土-结构样本，采用高效时域SSI分区并行计算方法得到部分样本模型的地震响应；然后，采用有限的数值模拟结果训练人工神经网络模型（ANN），通过量化ANN预测误差和精确度指标，采用自适应算法进行后续数值模拟和ANN训练，直至满足精确度阈值要求。该方法可以优化计算样本的选择，控制数值模拟的样本数量，提高易损性分析的计算效率。此外，将ANN不确定性整合到易损性曲线计算公式中，分别基于对数正态假定的回归法和蒙特卡洛（MC）增量法对某核电设备进行了易损性分析，并验证了ANN不确定性量化方法的正确性。

基于正态分布的双差波速比方法研究−以山东长岛震群为例

孙强, 王鹏, 张正帅

对于震源位置相对集中的震群活动，首先应用双差波速比法对台站到时数据进行2次差分，该方法充分利用不同台站纵横波的到时数据，无需地震发震时刻及位置信息，且将计算波速比范围限定在震源区附近，消除了震源区到台站传播路径的影响；然后运用正态分布的组合去除误差分布的影响，得到关于去除误差分布后的纵横波到时二维正态分布，通过公式推导确定了二维正态分布的相关系数；最后，通过计算置信椭圆长轴斜率得到长岛震群整体波速比。研究结果表明，长岛震群整体波速比为1.727 5，等地震数滑动（60个）计算得到的波速比区间为[1.488 7, 3.054 1]；2017、2018年长岛震群波速比变化与震群活动过程密切相关，同时反映了震源区介质流体饱和度、裂隙密度和状态变化。

近断层脉冲型地震动作用下考虑波动效应的梁桥破坏分析

夏春旭, 张倩

在近断层地震动激励的初始阶段，输入地震动从结构底部以波动形式向上传播，然而波动效应对近断层脉冲型地震动作用下梁桥结构地震破坏过程的影响特征尚不明确。为此，利用数值分析方法对某三跨梁桥在近断层脉冲型地震动作用下考虑波动效应的破坏过程、破坏机理开展研究。研究结果表明，在近断层脉冲型地震动作用下，墩柱底部截面曲率发展较合理，梁桥墩顶支座抗震能力较强，梁桥桥台处容许剪切位移是桥梁结构的抗震弱点，因此，在近断层地区的梁桥桥台抗震措施设计中应保证具有充足的容许剪切位移。

考虑断层破碎带影响的隧道结构地震反应研究

董捷, 郑英豪, 李兆琦, 陈洪运, 宫凤梧, 闫鑫, 刘洋

为研究跨断层隧道在渗流-地震耦合作用下的动力响应，以宣绩铁路周湾村隧道穿越富水断层为背景，基于Biot固结动力方程，采用有限差分软件FLAC 3D进行多场耦合数值计算。本文主要分析了断层破碎带宽度对隧道衬砌特征点加速度、孔压、位移及应力响应规律的影响。研究结果表明，对隧道结构不同位置而言，加速度响应规律一致，均为正常段加速度<破碎带加速度<交界面加速度。耦合场作用下，地层与破碎带交界处围岩位移及应力均发生突变。随着断层宽度的增加，应力及位移突变范围有所增大，孔隙水压力峰值也进一步扩大。此时隧道受压区增大，衬砌结构易发生局部破坏。通过加设注浆层的方式，可有效减少耦合场作用引起的拱圈应力分布不均现象。

桩-土-钢、砼结构动力相互作用试验对比研究

余佳科, 景立平, 王展, 陆新宇, 齐文浩

为了分析不同上部结构-桩-土相互作用规律，分别进行了钢框架结构-桩-土模型和混凝土结构-桩-土模型的振动台试验，并对试验模型进行了相应的有限元数值模拟分析。试验采用三维叠层剪切模型箱，土体为均匀粉质黏土，钢结构和混凝土结构模型为简化的3层框架结构，桩基为3×3根群桩，桩径为10 cm，桩长为200 cm，输入为人工地震动时程，按时间相似比压缩1/5。振动台对比试验结果表明，相同几何尺寸的结构试验模型，混凝土结构的整体刚度大于钢结构，因此振动频率大于钢结构；相同地震作用下，钢框架结构模型加速度反应明显大于混凝土结构，桩身加速度放大系数前者为后者1.15～1.2倍，上部结构可达2倍，钢框架结构模型反应谱的卓越周期更长。有限元数值模拟的结果定性地验证了试验结果的合理性。

基于等效线性化的核电厂频域隔震分析方法研究

甘莹莹, 刘子乔, 王东洋, 孙晓颖

在核电构筑物土-结构相互作用（SSI）分析中常用的方法是子结构法，这是由于其采用半解析法地基模拟技术，具有求解速度快、分析系统频率稳定的优势。因此，可在隔震核电厂房楼层反应谱计算中采用子结构法。因隔震支座具有明显的非线性特征，而子结构法基于叠加原理，在求解非线性问题时具有局限性，为了能够采用子结构法求解隔震核电厂房地震响应问题，基于等效线性化理念，在子结构法中实现隔震支座非线性行为模拟，并用SAP 2000软件验证本方法的可行性。将该方法应用于不同地基参数下隔震厂房反应谱计算，将得到的反应谱与采用隔震支座等效刚度计算结果进行对比。研究结果表明，在子结构法中应用等效线性化方法得到的隔震支座滞回曲线与采用SAP2000软件得到的滞回曲线基本一致，证明该方法是可行的；与采用等效刚度计算结果相比，采用迭代收敛刚度计算出的零周期加速度变化较小，主频略降低，峰值略有提高；由于隔震系统卓越频率与场地卓越频率并不接近，因此隔震结构楼层反应谱对地基参数的变化并不敏感。

考虑非结构构件的木结构古建筑抗震性能研究综述

郭小东, 方士东, 王志涛, 李钊

木结构古建筑是我国文物建筑的主体，它以木材为主要承重构件，具有深厚的历史文化价值。本文根据已有研究，从结构试验、数值模拟、抗震性能评估方法3个方面，总结了含有隔墙、隔扇、雀替等非结构构件的古木建筑抗震性能研究现状。研究表明，非结构构件可以限制榫卯节点拔榫，改善节点受力，不同程度提高结构的强度、刚度和耗能能力，降低了结构在地震作用下坍塌的概率。最后结合我国木结构古建筑的研究现状以及与其他国家的研究差异，给出了未来木结构古建筑抗震性能的可能研究方向。

输电塔体内拉索-杠杆惯容阻尼系统风振控制及参数优化

曹枚根, 张若愚

输电塔作为受风控制的高耸空间钢结构，风振控制技术是解决铁塔风灾受损、倒塔的重要技术手段之一。针对现有输电塔风振控制技术适应性不足的问题，提出了可在自立式输电塔体内布置的拉索-杠杆式旋转惯容阻尼器（CLRID）和优化设计方法。首先推导了CLRID典型平面刚架运动方程，然后开展了基于脉动风荷载特性的CLRID减振性能参数分析，最后考虑塔架性能需求对CLRID进行参数优化，得到固定布置夹角下的CLRID最优设计参数。研究结果表明，除惯容对阻尼单元变形的放大效应外，杠杆可实现对阻尼单元的二次放大作用，继续增大阻尼器行程，可弥补传统体内拉索体系斜向布置的缺陷，使具有不同拉索布置角度的CLRID对塔架具有相同的位移响应控制效果。同时，通过参数优化分析，CLRID拉索布置角度可控制在30°～50°，杠杆放大系数可控制在1～2。当确定目标减振比后，基于输电塔塔架性能的优化设计方法可使CLRID实现精准的风振控制。

震后特殊环境下压埋人员精确定位算法

成鹏, 肖东升

针对目前对震后压埋人员定位精度较低、探测设备成本高且易受环境影响等不足，提出适用于压埋环境特性的压埋人员手机WiFi定位方法，通过衰减因子模型对WiFi探针获取的RSSI数据进行距离解算，结合简化压埋环境内部信号传输方式，采用高斯-卡尔曼滤波对获取的RSSI数据进行处理，通过模型测定的距离，利用改进附有参数的加权最小二乘平差方法，结合粒子群优化算法，最终得到压埋人员手机平面坐标位置。研究结果表明，该方法具有较高精度，在10 m×10 m范围内其平面坐标定位误差在0.3 m左右，可为震后压埋人员应急救援提供辅助决策。

地震科技资源科普化问题研究

王萍, 刘晓岚, 安立强

推进地震科技资源科普化，是提高地震科普能力建设的重要组成，也是提升公众防震减灾科学素养、“反哺”地震科技创新发展的重要手段。针对当前地震科技资源科普化研究薄弱的问题，本文从“政策-投入-产出”的逻辑关系，界定地震科技资源科普化的基本概念，并阐述其重要价值。在此基础上，从5个方面对地震科技资源科普化现状进行探析，并提出当前存在的困境和工作建议。