本發(fā)明屬于地震工程，具體涉及一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，適用于合成含永久位移近源地震。

背景技術(shù)：

1、隨著國家重大戰(zhàn)略工程建設(shè)向西部強(qiáng)地震區(qū)、強(qiáng)構(gòu)造區(qū)挺進(jìn)，大量工程無法避免穿越活動斷層帶。而活動斷層發(fā)生粘滑錯(cuò)斷時(shí)往往會誘發(fā)強(qiáng)震，從而導(dǎo)致這些工程面臨著遭受嚴(yán)重的斷層錯(cuò)斷同震大變形和近場強(qiáng)震動協(xié)同作用的近源地震動作用的災(zāi)害威脅。為了能夠保證這些工程的抗震安全，設(shè)計(jì)人員需要通過滿足場地特征的能夠同時(shí)體現(xiàn)斷裂錯(cuò)斷引起的永久位移和近場強(qiáng)震動的地震輸入對相關(guān)工程進(jìn)行抗震安全設(shè)計(jì)。但由于實(shí)測地震動數(shù)據(jù)有限，難以找到同時(shí)滿足上述目標(biāo)的實(shí)測地震動，因此需要發(fā)展相應(yīng)的近源地震動人工合成方法，來滿足工程應(yīng)用的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法。

2、本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，包括以下步驟：

4、步驟s1、設(shè)定斷層距dr、斷層類型、以及震級mn，構(gòu)建不同震級mn條件下的速度脈沖模型vn(t)，并通過微分和積分分別得到加速度時(shí)程an(t)和位移時(shí)程dn(t)；

5、步驟s2、根據(jù)設(shè)定的震級mn計(jì)算得到對應(yīng)的斷層錯(cuò)動量dn，并以終點(diǎn)時(shí)刻位移為依據(jù)對步驟s1中的位移時(shí)程dn(t)進(jìn)行調(diào)幅至dn，得到調(diào)幅后的位移時(shí)程并根據(jù)調(diào)幅后的位移時(shí)程得到調(diào)幅后的加速度時(shí)程然后根據(jù)調(diào)幅后的加速度時(shí)程得到調(diào)幅后的加速度峰值

6、步驟s3、根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的加速度反應(yīng)譜計(jì)算得到目標(biāo)加速度反應(yīng)譜；

7、步驟s4、根據(jù)目標(biāo)加速度反應(yīng)譜生成初始地震動加速度時(shí)程a0(t)，然后設(shè)定濾波范圍，將初始地震動加速度時(shí)程a0(t)進(jìn)行基線校準(zhǔn)和濾波，生成初始地震動僅含高頻部分的地震動時(shí)程a′n(t)；

8、步驟s5、根據(jù)地震動衰減公式計(jì)算得到地震動衰減后的加速度峰值pgan，并減去步驟s2的調(diào)幅后的加速度峰值得到僅含高頻部分地震動的加速度峰值

9、步驟s6、以為目標(biāo)峰值對a′n(t)進(jìn)行調(diào)幅將步驟s4的初始地震動僅含高頻部分的地震動時(shí)程a′n(t)進(jìn)行調(diào)幅，得到僅含高頻部分地震動時(shí)程

10、步驟s7、將步驟s2的調(diào)幅后的加速度時(shí)程和步驟s6的僅含高頻部分地震動時(shí)程進(jìn)行平移和疊加，得到近源地震動時(shí)程an(t)。

11、如上所述步驟1中速度脈沖模型v(t)基于以下公式：

12、

13、lntp＝a1+a2mn

14、ln?vp＝b1mn+b2dr+b3

15、式中，vp為脈沖速度峰值，tp為脈沖周期，ωp是脈沖頻率，ωp＝2π/tp，t0為速度脈沖開始時(shí)間，ratio為脈沖速度峰值比，a1、a2、b1、b2、以及b3為待標(biāo)定的回歸系數(shù)。

16、如上所述步驟s2中基于以下公式計(jì)算得到不同震級mn對應(yīng)的斷層錯(cuò)動量dn：

17、mn＝c1+c2?ln?dn

18、式中，ln為自然對數(shù)函數(shù)，c1和c2均為回歸系數(shù)。

19、如上所述步驟s2中通過以下方式調(diào)幅得到調(diào)幅后的位移時(shí)程和加速度時(shí)程將dn除以dn(t)的終點(diǎn)時(shí)刻位移，得到第一調(diào)幅縮放系數(shù)，然后再將dn(t)乘以這個(gè)第一調(diào)幅縮放系數(shù)得到調(diào)幅后的位移時(shí)程再通過將位移時(shí)程二階微分得到加速度時(shí)程

20、如上所述步驟s5中的地震動衰減公式為：

21、

22、式中，a、b、c、d、以及e均為地震動衰減公式的擬合常數(shù)。

23、如上所述步驟s7中近源地震動時(shí)程an(t)的加速度峰值等于pgan。

24、如上所述步驟s4中采用常數(shù)基線校準(zhǔn)和巴特沃斯函數(shù)進(jìn)行濾波。

25、如上所述步驟s4中濾波范圍為[0，1/tp]。

26、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

27、(1)、本發(fā)明利用等效脈沖模型的永久位移特性，結(jié)合不同震級和斷層錯(cuò)動量公式，得到不同震級條件下地震動低頻部分的永久位移時(shí)程。最終根據(jù)近源地震動特性，合成能夠表征不同震級條件下的永久位移的近源地震動；

28、(2)、本發(fā)明的合成方法獲得的地震動不僅能夠滿足工程場地區(qū)域地震動衰減特性和加速度峰值要求，還能同時(shí)體現(xiàn)斷裂錯(cuò)斷引起的永久位移和近場強(qiáng)震動；

29、(3)、本發(fā)明的合成方法獲得的地震動可以調(diào)整地震動持時(shí)，從而為后續(xù)開展相關(guān)計(jì)算分析節(jié)省時(shí)間成本；

30、(4)、本發(fā)明合成方法流程簡單、適用性廣發(fā)，對使用人員專業(yè)水平要求低，能夠有效提高研究效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟1中速度脈沖模型v(t)基于以下公式：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s2中基于以下公式計(jì)算得到不同震級mn對應(yīng)的斷層錯(cuò)動量dn：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s2中通過以下方式調(diào)幅得到調(diào)幅后的位移時(shí)程和加速度時(shí)程將dn除以dn(t)的終點(diǎn)時(shí)刻位移，得到第一調(diào)幅縮放系數(shù)，然后再將dn(t)乘以這個(gè)第一調(diào)幅縮放系數(shù)得到調(diào)幅后的位移時(shí)程再通過將位移時(shí)程二階微分得到加速度時(shí)程

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s5中的地震動衰減公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s7中近源地震動時(shí)程an(t)的加速度峰值等于pgan。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s4中采用常數(shù)基線校準(zhǔn)和巴特沃斯函數(shù)進(jìn)行濾波。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，其特征在于，所述步驟s4中濾波范圍為[0，1/tp]。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于等效脈沖模型的含永久位移近源地震動合成方法，本發(fā)明利用等效脈沖模型的永久位移特性，結(jié)合不同震級和斷層錯(cuò)動量之間的公式，得到不同震級條件下地震動低頻部分的永久位移時(shí)程。最終根據(jù)近源地震動特性，合成能夠表征不同震級條件下的永久位移的近源地震動；本發(fā)明的合成方法獲得的地震動不僅能夠滿足工程場地區(qū)域地震動衰減特性和加速度峰值要求，還能同時(shí)體現(xiàn)斷裂錯(cuò)斷引起的永久位移和近場強(qiáng)震動；本發(fā)明的合成方法獲得的地震動可以調(diào)整地震動持時(shí)，從而為后續(xù)開展相關(guān)計(jì)算分析節(jié)省時(shí)間成本。

技術(shù)研發(fā)人員：梅賢丞,崔臻,丁長棟,盛謙,陳健,黃鵬,張瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9