2.4.6可用的强运动录音外文翻译资料

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2.4.6可用的强运动录音

对于工程地震学的使用，直接记录地面加速度或地面位移都是有利的。如果记录地震仪的自然周期与地面运动的主要周期相比非常短，则记录的信号与地面的加速度成正比。在这种情况下，加速度计的灵敏度也很小，这是记录强地运动的一个优势。由于仪器设计可以提供相对较小的设备(最近的MEMS硅芯片仪器)，对长期倾斜不敏感，地面漂移一直是首选的记录器类型，而不是位移表。在过去的几十年里，录音是在纸张或电影上使用模拟信号的。这样的录音仍然由可靠的ar-20获得，其中成千上万的录音仍在世界各地服役。由于大地震是罕见的事件，许多强运动加速度计并不是连续记录的，而是由地震中的初始P波触发的。其结果是失去了部分初始的地面运动。因此，相邻仪器之间的地面运动不能进行互相关。模拟记录需要自动数字化，以允许集成到地面速度和位移，并转换到频谱。

如今，仪器通过数字方式记录地震的自由场（即远离结构）和具有固态记忆和绝对时间标记的结构，这些记录通常由GPS卫星时钟获得。数字信号通常是

12

12位或16位单词的流。常见的12位单词使用72个dB(即20个log2)

动态范围，并可立即访问，以便在计算机中进行处理。

必须进行修正，即使是使用数字记录，以允许加速度计设备的非线性响应。为了工程目的，必须保证对现在基本的地面速度和位移进行积分的保真度。人们提出了各种方法来建立一个零加速度线，例如假设基线是二次多项式，然后进行减法。另一种处理数字地震波历史的方法(Iwan和Chen1994)是计算记录的最后一段上的加速度速度的平均级数，并将其等同于零。在旧的标准处理中，滤波器用于去除周期大于约8到10秒的波。在如此长的时间以上，用户被警告不要假设来自这些过滤记录或修改的时间历史的响应谱是完整的。最近，人们已经确定，在选择滤波器和高动态范围记录时，位移地运动向直流

可以获得水平。这种能力已经在1999年的Chi-Chi，台湾地震中进行了检查，在切伦普断层附近的强运动记录与断层偏移的现场测量（见图2.9）和邻近的GPS测量。

来自不同国家和不同地震工程组的数字数据集通常有不同的格式和处理方法。美国已经在美国获得了重要的集合。地质调查局(USGS)和矿山和地质局(CDMG)的加州强运动仪器项目(CSMIP)在2002年更名为加州地质调查局(CGS)。这些组织和其他美国组织的记录现在可以在由加州大学圣巴巴拉分校维护的强运动观测系统联盟（宇宙）虚拟数据中心(VDC)上找到。宇宙组织已经建立了统一的处理标准，并为网络用户提供了许多服务(参见互联网网站http://www.cosmos-eq.org/)。截至2004年初，宇宙VDC包含了393次地震和2500个观测站的1800多个加速度痕迹。该中心包含了来自土耳其、亚美尼亚、台湾、地震和场景、哥斯达黎加、新西兰和印度的重要录音。该网页提供了数据质量的检查和一个连接目录到原始来源的大量下载。另一个重要的数据集(ISESD)在2000年开始用于欧洲和中东的强运动录音，在http//www.ised.cv.ic.ac.uk（安布拉西、斯米特、贝拉迪、里纳尔迪斯、棉花和贝尔格-蒂埃里2000）。

2.4.7垂直地面运动

在混凝土拱坝等大型结构的抗震设计中，共同考虑地面与水平构件的垂直运动正变得越来越普遍。多年来，在对世界不同地区记录的各种地震的大量研究中，已经描述了强地面运动的垂直分量和水平分量之间的显著频率含量差异。最近的例子可以在巴德和布松（1980）、博佐格尼亚和Niazi（1993）和博佐格尼亚等人（1999）中找到。这些研究一致发现，冲积盆地中垂直地面运动的频率含量高于水平运动。由于垂直强地面运动的整体高频内容与峰值地面加速度(PGA)之间的联系，这一特性具有实际意义。垂直强地面运动的另一个明显特征是，与同一位置的水平波分量相比，它们具有更大的非相干性。对垂直地面运动的低相干性的一致观测导致了将垂直构件的低相干性经验函数纳入工程设计实践。

最近的分析强调了理解垂直强地面运动产生机制的重要性(例如，Shakal等人。1994；Bozorgnia等人1999)根据1994年加州北岭地震的加速度记录的垂直与水平PGA的比率。在这次地震中，大多数比例如此高的地点都是深土壤，通常位于冲积盆地。特别是，在9个垂直与水平PGA比例统一以上的地点中，只有一个位于岩石站点。

冲积盆地中许多强运动记录的行为与盆地-基岩界面的s-p波转换和波散射是向强地面运动的垂直分量提供能量的重要机制的假设相一致。沉积盆地中联合散射和非弹性衰减的P波和S波的差异似乎是观测到的地面运动垂直和水平分量频率含量差异的主要原因。在一项研究中（阿米贝基年和博尔特，1998年），对1994年加州北岭之后的观测，主要冲击提供了与s-to-p转换波是在这些冲积点记录的主要垂直地面运动的假设一致的证据。此外，垂直运动主要是s-p转换波的解释为垂直地面运动的另一个特征提供了一个原因：即与同时到达的水平运动相比，它们的相干性较低。

对于垂直强地运动中能量的来源，特别是影响垂直运动频率内容的因素，还需要进一步的实验验证。同时，应避免简单的水平运动的振幅缩放来表示垂直运动。关于垂直地震运动的进一步讨论可以在弗兰克尔（1999）和坎贝尔和波佐格尼亚（2003）中找到。

2.5衰减估计和不确定性

如前面所述，为工程目的的地面运动和地震危险曲线的预测涉及一些假设和外推(见Reiter，1990)。一个主要的困难是不知道该区域的实际波的衰减。衰减因子在计算任意距离的预测地面运动中的重要性，已经产生了许多关于稳健的经验衰减形式和基于地质标准的适当测量转移的工作。

通常波的衰减从一个地质省到另一个地质省发生显著变化，建议进行当地的区域研究来校准所涉及的参数。布伦和Bolt（1985）进行了讨论(例如，安布拉西和轰炸机1991年；1995年；1995年；Toro等1997年；Raoof等1999年）。北美的研究结果最近得到了总结（亚伯拉罕森和谢德洛克，1997年）。在后一篇论文中，衰减关系被分为三个主要的构造类别：活跃构造区（如加利福尼亚）的浅层地壳地震、稳定大陆地区（如美国东部）的浅层地壳地震和俯冲带（如阿留申群岛）地震。由于在构造活跃的大陆区，俯冲带地震的峰值地运动通常比浅层地壳地震的峰值衰减慢，因此不同来源的地运动应单独估计。

解决衰减关系区域化的一种方法是估计一个恒定的尺度因子，以调整一个全局衰减模型到一个特定的区域。（这可以反映地震震源的不同或现场地质类别的差异。）该程序允许在一定的距离范围内进行测量，以确定局部衰减关系的斜率，同时保持全局模型的幅度尺度。

其他参数可以设置特定于区域。McVerry和Zhao（1999）给出了这种随着更多的强运动数据而将衰减关系区域化的方法的一个例子。

下面对衰减估计的描述主要取自博尔特和亚伯拉罕森（2003）。虽然这里处理的是水平地面运动，但已经发表了一些关于垂直运动的统计数据（例如，亚伯拉罕森和利特希瑟，1989年）。无论如何，估计衰减关系的统计样本从以不同的方式检查地面运动中的随机变异性和科学不确定性开始(例如，Toro等人，1997年)。对于一个给定的模型，可变性定义为未来地震中将发生的地面运动的随机性。它通常用拟合的衰减方程的标准差来表示。相比之下，不确定性被定义为地面运动模型中由于信息有限而产生的科学不确定性；包括替代衰减结果通常处理无知的度量。此外，在地震灾害分析中，分别引入了术语随机性和认知性来描述变化性和不确定性（见第7章）。

1994年1月17日的加利福尼亚北岭地震使(a)的理论地震预期和实际地震波记录和抗震结构的(b)行为进行了重要的比较(见Bolt1996)。当地时间凌晨4点31分，这次6.7级的地震袭击了南加州。地震源反弹发生在一个向南倾斜的盲逆冲断层上。破裂开始于圣费尔南多谷北岭地区下约18公里深的地方。然后，断裂沿着45°倾斜断层延伸到圣苏珊纳山脉下地表约4公里以内。虽然山区在不同的地方持续了伸展的地表断裂，并上升了几十厘米，但没有观察到主要的地表断层断裂。诱发断层与1971年圣费尔南多地震的邻近断层相反。

就像1971年加州圣费尔南多地震一样，1994年的地震测试了许多类型的设计，如基地隔离和最新的统一建筑规范的价值。由洛杉矶和圣费尔南多谷地区的强运动加速度计记录的峰值加速度，系统地比从以前的加州地震中获得的平均曲线所预测的要大。值得注意的是，橄榄景观医院的地面运动（见图2.7）与1971年逆冲性地震中帕科马坝台址的地面运动相似。这两种记录都显示了方向性脉冲，对于一些工程响应研究是有用的种子运动。

如第2节所述，虽然仍然使用不同的震级测量方法，特别是对历史数据，力矩震级(Mw)现在通常被采用作为衰减统计中大小的标准度量。此外，现在，某种形式的最接近破裂的距离被用作距离参数，而不是中心中心或下中心距离(Joyner和Boore，1988；安布拉斯和轰炸机1995)。对于一个给定的衰减关系，使用适当的距离测量方法是很重要的。最常见的源、射线路径和场地参数是大小、距离、断层类型、方向性和场地分类。破裂的方向性在第2.4.4节中有详细的定义，这里不进行讨论。在一些研究中，使用了其他参数：挂墙标志、破裂方向性参数、焦点深度和土壤深度分类。

不同地区的场地分类方案也存在差异，这使得对其他估计的地面运动估计难以进行比较。广泛的场地类别，如岩石、硬土和软土是常见的，但更多的是基于横波速度的定量场地分类，如顶部30米的平均横波速度(例如，Boore等。现在是首选。大多数衰减关系只是使用一个地点类别，如深土；然而，这一一般类别涵盖的土壤深度范围从小于100米到几公里的沉积物。一些衰减关系（例如，坎贝尔公司，1997年）使用一个额外的场地参数来描述沉积物的深度。

在回归中需要一个错误的代数标志来分离不同源类型的影响。对于常见的浅层地壳地震，地震地面运动由走滑、推力或正常机制产生时系统地不同(例如，萨默维尔和亚伯拉罕森，1995；Toro等人，1997；Saikia和萨默维尔，1997)。鉴于相同的地震震级、距离和场地条件，逆推地震的地面运动往往（约20-30%）大于走滑地震的地面运动，正常断层地震的地面运动往往比走滑地震的地面运动小（约20%）。对于俯冲地震，地面运动系统地不同于界面地震或实验室内地震产生的地面运动(例如，Youngs等。1997).同样，在相同的震等、距离和场地条件下，板内地震的地面运动往往比板间地震的地面运动大40%左右。

对于逆冲断层，俯冲块（逆冲断层挂壁侧）的高频地面运动大于俯冲块（地面）（例如，萨默维尔和亚伯拉罕森1995年）。挂墙侧地面运动的增加部分是使用破裂距离测量的人为因素。如果挂墙和脚墙侧的场地断裂距离相同，则挂墙侧的场地比脚墙侧的场地更接近断层。

衰减关系的构建

回归分析需要一个假设的函数形式的衰减。在衰减关系中使用了两种类型的幅度尺度。在第一种情况下，衰减的衰减形状与大小无关。公式2.14给出了这类岩石场地条件模型的典型形式：

lnY (M, R, F)=c1 c2M c3M2 c4ln (R c5) c6F

(2.14)

其中Y是地面运动参数（例如，峰值加速度或响应谱值），M是幅度，R是距离测量值，F是样式偏离（反向，走滑，正常）的标志。Boore等人推导出了这种形式的一个广泛使用的例子。(1997).

另外，衰减方程的具体曲率与幅度有关（见图2.14）(见Youngsetal.1995)。关于这一点的现有观测证据是，在短距离时，增加幅度的曲线之间的间距减小。这种地面运动的饱和意味着，在短距离内，

中度震级地震产生的震级水平与大震级地震相似。（使用时间可能会有所不同。）一些衰减关系使用这两个模型的组合，具有恒定的衰减形状的中等大小(例如，Mlt;6.5)和较大大小的饱和。

公式2.15和2.16显示了两种适当的代数形式：替换c5在公式2.14中，有一个与大小相关的项，f1(M)；或替换距离坡度，c4，在公式2.14中，斜率与幅度相关，f2(M).对于岩石地面场地条件，其关系为

ln Y (M, R, F)=c1 c2M c3M2 c4ln[R f1(M)] c6F1

(2.15)

和

ln Y (M, R, F)=c1 c2M c3M2 [c4 f2(M)]ln (R c5) c6F2

图2.14衰减关系的常数和幅度相关形状的比较。

一个通常假设的函数f1(M)为

f1(M)=c7exp (c8M)

(2.16)

(2.17)

如果c3=0（这常见的高频）和c8=minus;c2/c4，则零距离的地运动与幅度无关，模型具有完全的幅度

饱和状态如果c8gt;minus;c2/c4，则模型为过饱和。在这种情况下，在短距离下，中间的地面运动随着幅度的增加而减小。亚伯拉罕森和Silva（1997）给出了基于公式2.16的衰减关系的一个例子。对于函数形式，f2(M)=c9M，如果为c，则模型具有完全饱和8=minus;c2/ln (c5).如果c8lt;minus;c2/ln (c5)，则模型就过饱和了。

在距离小于约50公里处，上述两种不同的功能形式

衰减关系导致相似的曲线，但在较大的距离上，它们变得不同（图2.14）。由于大多数工程兴趣集中在距离小于50公里的活动构造区浅层地壳地震的衰减关系上，这些逐渐的差异尚未得到详细的研究。

在美国东部，一些研究人员建议加入衰减关系的距离斜率的变化，以适应由来自地壳基底的超临

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