震灾防御技术

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2024 年 4 期目次

里龙断裂最大潜在M_W7.4地震模拟地震动特征分析

胡祎石, 钟菊芳, 谢星

西藏地区地震构造背景和地形条件复杂，地震活动强烈，强震记录缺乏，因此工程场址近场大震地震动的确定是影响工程开发的关键问题。为揭示高地震烈度区近场大震的地震动特征及高山峡谷地形对地震动的影响规律，本文利用3D谱元法程序和运动学有限断层震源模型，模拟分析里龙断裂发生最大潜在M_W7.4地震的近断层地震动效应；通过对比分析基于三维真实地形的DEM分层模型和平坦地形模型的地震动差异，探究地震动的地形效应。结果表明，里龙断裂M_W7.4地震的近断层地震动表现出显著的上盘效应和空间分布集中的规律；凸起地形对地震动的放大效应明显，三维真实地形的加速度峰值与平坦地形的模拟结果相比，EW、NS及UD分量的相对放大系数最大分别可达1.135、1.262和2.69，竖向分量的放大系数达水平分量的2倍以上，表明竖向分量地震动受地形效应的影响较水平分量要大得多。

不同方法求解3级地震震源机制解准确性分析

杜航, 王俊, 江昊琳, 钱婷, 倪昊琦, 李子烨

本文采用TDMT_INV、FOCMEC和CAP 3种方法对网缘、网外和网内地震震源机制解进行计算，并对3种方法所得结果进行对比分析。研究发现，TDMT_INV方法的结果稳定性高度依赖于震相准确性，但只需5个台站参与定位即可获得相对准确的震源机制解。对于网外地震，3种方法都无法反演稳定的震源机制解；对于网缘地震，CAP方法受台站分布的影响较大，使用时需谨慎。若波形质量好、信噪比高，可使用FOCMEC方法进行计算，若无清晰的P波初动可使用TDMT_INV方法进行计算；对于网内地震3种方法所得结果较为一致，但TDMT_INV方法可快速获得震源机制解。

基于强震记录的土层结构放大作用研究—以SMASS台阵为例—以SMASS台阵为例

李平, 范钟元, 周楷, 徐建元

震害现场调查和研究成果表明，场地土层结构对地震动有较大影响。为了研究场地内土层结构的放大效应，以河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室的场地与结构观测台阵（Seismic Monitoring Array of Site and Structure，SMASS）所记录的古冶和滦州地震记录为基础，采用传统谱比法，将地下236 m测点处设为参考场地，把不同监测点处观测到的地震记录傅氏谱同参考场地进行处理及对比分析,得到以下结论：（1）SMASS台阵场地中浅部土层对地震动的放大效应更为明显。（2）SMASS台阵场地中土层结构对地震动的放大效应存在明显差异，在深部土层中，土层结构对水平向地震动的放大效应更为明显；在浅层土层中，土层结构对竖直向地震动的放大效应较为明显。（3）SMASS台阵场地中随着监测点所处深度不断上升，低频成分频带逐渐变宽，高频成分受到的影响较低频成分更为显著。

黄河冲积平原细粒土小应变剪切模量试验研究

王津津, 王志才, 高涛, 宋润钊

本文通过采用原位波速法、弯曲元试验法和共振柱试验法，深入探讨了室内测试与原位波速法在小应变剪切模量试验中的差异。选取山东省境内黄河冲积平原典型场地细粒土钻孔资料，统计原位波速法和室内测试2种测试手段测得的剪切波速，并对测试结果进行对比分析。研究结果表明，在保持土的有效应力状态和减少土样扰动的基础上，原位波速法、弯曲元试验法和共振柱试验法测得的小应变剪切模量总体趋势一致，原位波速法的结果普遍小于室内测试的结果，但相对误差大多不超过10%。其中弯曲元试验法测试细粒土得到的小应变剪切模量与原位波速法的结果更为接近。建议工程实践中采用弯曲元试验法快速测得细粒土小应变剪切模量。将Rampello的经验公式描述的小应变剪切模量与实测结果进行对比，给出相关土层经验参数。研究结果可为该地区地下工程计算分析中小应变剪切模量的估算提供参考。

考虑近场、中远场区域性差异的地震动工程输入适用性研究

吴玉娇, 任叶飞, 肖裴渊, 刘也, 冀昆, 温瑞智

工程结构动力时程分析时在本地区观测记录不足的情况下，时常选用其他国家或地区的强震动记录作为地震动输入，但这些记录是否适用于我国规范要求的场景尚缺乏科学的验证。本文搜集了美国、欧洲、新西兰、日本以及墨西哥地区近十年浅层壳内地震共1697组强震动观测记录，分析相同场地类别条件下这些记录的归一化反应谱与我国规范设计谱的匹配效果，从全周期、分周期段谱形匹配的角度，验证这些国家和地区的地震动记录作为我国工程结构时程分析地震动输入的适用性，得到如下结论：（1）通过比较不同国家间地震动的归一化反应谱，验证了地震动存在显著的区域性差异，说明地震动输入选取时要尽可能选用工程场址所在地区的观测记录。（2）通过对比近、中、远场的归一化平均谱，发现短周期地震动的区域性差异在近场并不突出，地震动输入选取还需考虑距离因素。（3）依据谱形匹配的平均相对误差、平均变异系数和观测记录数量，给出了国外强震动记录是否适用于我国地震动输入选取的评价流程。（4）分别从全周期以及短、中、长分周期段谱形匹配效果的角度，给出了不同场地类别下我国地震动输入选取时最优推荐强震动记录的国家或地区，发现在短周期段新西兰的记录最适用，而中、长周期段和全周期段则是日本地区的记录最为适用。研究结果可为我国工程结构时程分析的地震动输入选取工作提供参考。

基于TCN的区域RC框架结构地震损伤评估

李一民, 康帅, 董正方, 殷琳

为准确评估区域RC框架结构震后损伤状态，提出了基于时序卷积神经网络(Temporal Convolutional Neural Networks，TCN)模型的结构地震损伤评估方法。首先选取几何参数中的结构高度、x向跨度和设计参数中的抗震设防烈度、场地类别作为结构特征参数，设计了48个RC框架结构模型；然后用OpenSees软件计算结构在地震过程中的加速度响应数据，采用最大层间位移角作为结构损伤指标，并建立结构损伤指标与加速度响应数据之间的映射关系，以此得到震损数据集；最后通过建立基于TCN模型的区域RC框架结构震损评估模型，利用贝叶斯优化算法找出模型中的最优参数组合，分析了TCN模型的损伤评估准确率、计算资源及在噪声作用下的泛化能力。研究结果表明，TCN模型损伤评估准确率高达86.6%，评估效果优于CNN-LSTM模型，且具有更少的参数量，在噪声作用下也有较好的鲁棒性。

极限状态认知不确定性对地震易损性的影响

王珊, 张郁山

极限状态是依据结构损伤水平和工程经验进行划分的，工程经验的差异会对结构地震损伤极限状态的认知产生不确定性。本文以6层多自由度体系（MDOF）为例，选用最大层间位移角为结构损伤指标（DM），选用峰值加速度PGA和峰值速度PGV作为地震动强度指标（IM），基于OpenSees平台，通过增量动力分析方法（IDA），对MDOF体系进行地震易损性分析。研究结果表明，除“基本完好”和“轻微破坏”极限状态，不同的层间位移角限值会导致得到的结构地震易损性分析结果差异较大，这种差异性随着结构破坏程度的增加而增大，当达到“倒塌”极限状态时，结构损伤超越概率的差异达到了相当大的水平。因此，对最大层间位移角限值进行合理取值是开展结构抗震性能分析和地震损伤评估工作的基础。

基于风险普查的邢台村镇地区房屋现状调查与震害预测

刘晓丹, 刘志辉, 魏艳旭

通过对河北省邢台地区18个区县、82处行政村的10425栋村镇房屋的建造方式、房屋结构、建造年代等相关数据进行实地调查，发现该地区村镇房屋的地震安全性普遍较低。在建造方式和结构方面，采用圈梁构造柱的砖混结构房屋占据了较大比例，但仍然存在大量抗震性能较差的简易结构。在实地调查的基础上，运用解析法对简易结构进行了更精细的易损性矩阵计算，得出4类建筑群体的易损性矩阵，为震害预测、经济损失计算以及河北省的震害研究提供了科学依据。

对称多塔斜拉桥纵漂动力分析模型简化方法

李瑞林, 林均岐, 刘金龙

在全漂浮体系斜拉桥的模态特征中，主梁纵漂振型往往是其主要振型。本文基于这一特性对前人提出的三质点简化模型进行了优化，并提出了一种适用范围更广的全漂浮体系斜拉桥简化动力模型。该模型不仅可用于估算主梁纵向位移响应和主塔基底弯矩响应，还引入梁柱单元以模拟边塔，从而计算边塔的基底弯矩响应。同时，该模型还能较为准确地计算塔梁间安装黏滞阻尼器的耗能体系斜拉桥的响应。为验证该模型的准确性，本文采用OpenSees有限元动力分析程序构建了一座斜拉桥的有限元模型，并进行了地震动时程分析。通过比较简化模型与有限元模型的计算结果，证明了该模型可以较好地估算地震作用下全漂浮体系斜拉桥的一阶模态周期与地震时程响应，且时程曲线峰值处的误差较小。本文研究成果可以为斜拉桥动力分析的简化计算及振动控制的优化设计提供参考。

CFRP约束再生混凝土桥墩抗震性能及生态效益研究

赵振宇, 宋帅, 田震, 王彦龙, 张雪凝

随着大规模基础设施的建设及自然资源的逐步匮乏，再生混凝土逐渐应用到桥梁工程结构中。相对普通混凝土桥墩，再生混凝土桥墩的抗震性能偏弱。将碳纤维复合材料（CFRP）与再生混凝土相结合可提升桥墩的抗震性能。通过对普通混凝土柱、再生混凝土柱及CFRP约束再生混凝土柱进行拟静力试验及数值模拟研究，结果表明，再生混凝土柱经碳布包裹后最大承载力及位移延性系数分别提高了18.8% 和2.2%，达到了普通混凝土柱的水平。CFRP约束再生混凝土柱具有更大的初始刚度与残余刚度，累计总耗能量较再生混凝土柱提高28.1%。通过对碳布缠绕层数和缠绕高度的合理设置可提高再生混凝土柱的性能，从而达到和普通混凝土柱性能相近的目的。对CFRP约束再生混凝土柱的生态效益研究表明，CFRP约束再生混凝土柱其制备产生的二氧化碳总量比普通混凝土柱降低4.3%。CFRP约束再生混凝土桥墩的抗震性能及生态效益优于普通混凝土桥墩，因此具有一定的应用前景。

正断层错动下海底矿山法隧道变形缝合理设置形式研究

魏景

我国地理地质条件复杂多样，断裂带分布广泛，隧道建设常不可避免地穿越活动断裂带。本文以胶州湾第二海底隧道工程为背景，建立隧道-断层三维有限元模型，研究正断层作用下隧道变形缝设置形式（垂直设缝和斜向设缝）、模筑长度（6、12 m）和变形缝宽度（0.1、0.2 m）对跨断层隧道在断层错动作用下的结构受力及位移影响。研究结果表明，垂直设缝既增强隧道的抗断错能力，又适用于工程实际施工；相较于模筑长度为12 m的变形缝间距，模筑长度为6 m的变形缝间距对隧道错台变形有明显的抑制作用，能有效缓解隧道与断层带交界处错台量突变；本工程中变形缝宽度为0.1、0.2 m无明显优劣。

CFRP布加固的地铁地下车站结构中柱抗震性能研究

姚凡夫, 杨帆, 庄海洋

现浇地铁地下车站结构中柱柱端往往是抗震薄弱区域，采用在中柱顶底端对称包裹CFRP布的加固方法，并基于ABAQUS软件，建立了土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的三维有限元分析模型，通过设置不同CFRP布包裹范围及层数的数值模型，研究其对加固效果的影响。研究结果表明，CFRP布可在不改变中柱侧向刚度的情况下增强中柱抗侧向变形能力，同时CFRP布能够减轻中柱顶底端核心混凝土剪切破坏，使震后中柱仍具有一定的承载力，提升了中柱延性。相同地震动输入条件下，CFRP布加固柱核心区混凝土损伤、残余侧向变形及塑性变形较未加固柱有明显改善，抗震性能有明显提高。CFRP布加固效果不会随着包裹范围和层数的增加始终保持线性增长，存在最优值使地下车站结构中柱抗震性能达到最佳，因此建议中柱顶底端CFRP布总包裹范围为中柱高度的1/2，包裹层数为5层。

车辆基地上盖隔震双塔结构隔震层参数优化研究

马晓飞, 孙建龙, 黄永安

城市大平台建筑上盖结构隔震技术设计受到广泛关注，有必要进一步研究这类结构体系的隔震技术原理并对其隔震参数进行优化。本文以车辆基地上盖隔震双塔结构为研究对象，首先基于振型叠加理论建立了结构简化计算模型，采用随机振动分析方法，建立了上盖塔楼结构加速度响应及基底剪力均方值显示表达式；其次，利用遗传算法，提出了以结构响应最小为优化目标的隔震层刚度和阻尼比优化设计方法；最后，采用MATLAB开展了车辆基地上盖隔震双塔结构隔震层参数优化分析，得到了隔震层的优化设计参数。研究结果表明，考虑下部结构一阶振型参与系数的简化模型可保守计算结构的基底剪力响应；当以上部结构绝对加速度响应最小为优化目标时，体系最优频率比取最小值0.05，隔震层阻尼比取值在0.3～0.5；当以体系基底剪力方差最小为优化目标时，随体系质量比的增加，体系最优频率比取值逐渐减小，隔震层阻尼比取值逐渐增大。实际工程结构设计中建议采用多目标优化设计方法。

双钢板-混凝土剪力墙抗震性能试验研究

侯俊卿, 刘文涛, 王菲, 王冬亮, 王宗纲, 刘晶波

双钢板-混凝土剪力墙在工程中被广泛应用，但国内对超高层建筑双钢板-混凝土剪力墙面内抗剪性能的研究相对较少。本文根据实际工程制作了6组1:3缩尺比例的中低剪跨比双钢板-混凝土剪力墙试件，开展了面内低周水平往复加载拟静力试验，得到了试件的滞回曲线等主要特性曲线，并分析了轴压比、钢板与混凝土墙间的连接形式等因素对双钢板-混凝土剪力墙抗剪性能的影响。试验结果表明：6组试件都呈现出剪切破坏特征；钢板与混凝土之间剪力连接件中对拉钢筋所占比例对试件的面内抗剪性能影响较小；试件的变形能力和延性随轴压比的增大而减小，在试件加载后期，轴压比越大的试件等效黏滞阻尼系数越大；混凝土强度对试件加载初期的变形能力影响较大，但对极限状态下的变形能力影响较小；剪跨比对墙体变形能力、承载力和刚度影响明显；试件的耗能曲线均呈指数型增长，表明双钢板-混凝土剪力墙抗震性能更优越。

柱间拉筋在轻框结构抗震中的作用效应分析

生安香, 王成波, 李立云, 冯军和, 陈曦

以钢框架作为结构主体，外挂ALC墙板作为填充墙体的轻型钢框架结构体系经济安全、施工效率高、环保利废。振动台试验表明，柱间拉筋对轻框结构体系抗震性能有显著影响。为进一步了解柱间拉筋在轻框结构体系抗震能力提升中的作用，从而更好地将其用于新型农村住房建设，依托已开展的振动台试验，基于ANSYS软件平台建立了多种拉筋形式的轻框结构数值模型，系统研究了柱间拉筋布置形式和截面尺寸对轻框结构抗震性能的影响。研究结果表明，数值模拟分析结果与振动台试验结果吻合较好；设置柱间拉筋可改善轻框结构抗震能力，还可减小梁柱节点、ALC墙板应力响应；设置X形拉筋的轻框结构抗震性能表现最好；在一定范围内，柱间X形拉筋截面尺寸越大，轻框结构抗震性能越好，实际工程中需结合实施地区的经济情况进行选择。

层状半空间中典型局部地形地震波散射IBEM结果：二维频域位移幅值

巴振宁, 裴义飞, 梁建文, 于飞翔, 阔晨阳

局部地形对地震动影响的本质是不规则体对地震波的散射，目前对此问题的研究仍主要依赖于各类数值方法。近年来，笔者提出了基于层状半空间中均布荷载动力格林函数的间接边界元方法（IBEM），从维度方面已涵盖二维、2.5维和三维，从介质方面已涵盖各向同性、横观各向同性的弹性和饱和介质，从地形方面包括凹陷、凸起和沉积。广泛验证表明，该方法不仅精度高，而且对复杂几何形状适应性强。为便于其他数值研究的对比验证，笔者将前期研究成果进行整理与补充，给出了各向同性弹性介质中二维凹陷、凸起和沉积对平面SH波、P波和SV波的散射结果。

多级边坡地震稳定性拟静力极限上限分析

罗伟, 刘世瑞, 徐长节, 陈静瑜, 卢茜

基于极限分析上限定理，结合非线性Mohr-Coulomb破坏准则，运用地震拟静力分析方法，构建三级边坡在地震效应影响下对数螺旋线破坏极限分析模型，并推导出边坡安全系数计算方程。通过MATLAB编程计算，采用序列二次规划方法优化求解，分析了地震效应下多种因素对多级边坡稳定性的影响。研究结果表明，边坡坡角和台阶宽度是影响地震作用下多级边坡稳定性的重要因素，为提高地震区域的边坡稳定性，应合理设置边坡台阶宽度并放缓坡角；地震效应对边坡稳定性的影响在非线性条件下更符合工程实际，非线性系数m的增加将降低边坡稳定性；水平地震效应明显影响边坡稳定性，随着水平地震系数k_h的增大，边坡安全系数F_S显著减小，且减小速率逐渐加快；同时当地震效应比例系数λ越大，即竖向地震作用越大时，边坡在水平和竖向地震效应作用下更易失稳。因此，进行多级边坡工程设计时有必要同时考虑水平地震效应和竖向地震效应。

新型圆盘形钢丝绳环隔振器滞回性能试验与建模分析

张成, 王红霞, 汪朝晖, 龚青山, 孙彦坤

针对目前钢丝绳环隔振器刚度与阻尼特性不易调节、成型与维修难度高、精度低等问题，研制了新型圆盘形钢丝绳环隔振器并对其开展试验研究，获得了钢丝绳直径、钢丝绳环直径与个数等对其刚度与阻尼特性的影响规律。基于圆盘形钢丝绳环隔振器试验滞回特性曲线，建立了考虑误差的非线性滞回模型，并采用间接傅里叶级数法结合最小二乘法完成了滞回模型参数识别。研究结果表明，本研究中的隔振器刚度与阻尼特性可根据钢丝绳环结构参数与个数进行调节以满足不同工况需求；所建滞回模型拟合曲线与试验曲线的最大误差为2.49%，验证了所建模型的有效性，为后续钢丝绳环隔振器非线性滞回性能的进一步研究和新型圆盘型钢丝绳环隔振器推广应用奠定了理论与试验基础。

基于层次分析法的地震预警设备运行能力综合评价研究

王世进, 尹海权, 张超, 何庆龙

本文采用层次分析方法（AHP）对12个省地震局地震预警设备运行情况进行综合评价，基于2022年地震预警设备故障信息及备机调查资料和地震预警设备运行的实际情况和工作经验，按照层次分析法的模型结构，本文构建了地震预警设备运行状况评价指标体系，并对预设范围内的地震预警设备运行状况进行了综合评价与分析。结果表明，本次综合评价结果与地震预警站网运行实际情况相符合，能够正确评价地震预警设备运行状况。最后提出了针对性的改进措施，通过改善评分较低的项目，补齐地震预警设备运行中的短板，为今后的地震预警站网运行维护工作提供参考。

基于复杂网络理论的浙江地震信息网络关键节点识别与鲁棒性分析

吴凌杰, 陈吉锋, 蓝蕾, 严峻峰, 徐晓桐, 李阳

信息化是推进地震现代化建设的强力引擎。当前，面对日益复杂的信息网络系统，有效识别网络关键节点和评估网络鲁棒性，对于提高站网运行能力和规划网络建设具有重要现实意义。首先，基于浙江地震信息网络实际运行数据，对网络进行路由器级建模；然后，与小世界网络和无标度网络进行对比，分析其表现的拓扑结构特征；其次，结合复杂网络统计特性和地震业务特性，构建关键节点评价指标体系，并基于主观和客观维度设置指标权重，采用理想逼近排序法，综合评价各节点重要程度；最后，模拟不同攻击方式评估网络的鲁棒性。研究结果表明，相较于传统方法，本研究建立的关键节点评价指标体系和权重计算方法更合理，评价结果更准确；浙江地震信息网络为无标度网络，对蓄意攻击具有脆弱性，但对随机攻击具有较强的鲁棒性。