[發明專利]一種地震安全性評價計算裝置和計算方法

有效

• 申請號: 202010035894.3
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111208559B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張郁山;郝明輝
• 申請（專利權）人: 中國地震災害防御中心
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30;G06F17/18
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 張朝元

本發明公開了一種地震安全性評價計算裝置，其特征在于，包括地震危險性計算模塊、地震動合成模塊、場地計算?1D模塊和場地計算?2D模塊四個模塊；所述地震危險性計算模塊包括基本參數、潛源參數、地震動模型、地震危險性計算和結果輸入五個部分；所述地震動合成模塊包括控制參數、目標譜、初始地震動、地震動合成和結果輸出五個部分；所述場地計算?1D模塊與所述場地計算?2D模塊均包括計算模型、輸入地震動、計算和結果輸出四個部分。

技術領域

本發明涉及地震工程技術領域，具體來說，涉及一種地震安全性評價計算裝置和計算方法。

背景技術

場地地震安全性評價工作是在對場址區域地震環境，包括區域和近場區地震地質和地震活動性，以及局部場地地震工程地質條件綜合評價的基礎上，通過開展地震危險性計算、地震動合成以及場地地震反應計算，確定場地地震動參數，為工程抗震設防提供依據。

而隨著我國工程建設廣度和深度的不斷增加，重大工程和基礎設施建設所處的地震環境和局部場地條件越來越復雜，例如，受遠場大震影響的大跨度南京長江四橋工程、曹妃甸工業園區內大約240km2的填海造陸工程、吉林靖宇核電廠場址存在軟弱夾層、河北海興核電廠場址則存在較厚的硬夾層并且土層呈現出顯著的橫向非均勻特征、海口市多個超高層建筑坐落在局部火山巖侵襲形成的硬夾層場地上、多個鐵路和公路橋梁穿越峽谷或河谷等不規則地形、以及天津和上海等濱海城市存在具有深厚覆蓋層的軟土場地等。這些復雜的地震環境和局部場地條件對地震動合成與場地地震反應計算提出了越來越高的技術要求。由于現行計算方法和軟件很難滿足實際工程中多方面的需求，因此，在重大工程場地地震安全性評價工作的開展過程中，復雜場地地震動效應的評估工作所面臨的技術問題越來越突出。

場地地震反應計算的一個關鍵問題和難點問題，就是土介質非線性的處理問題。由于土介質力學性質的復雜性，至今尚未出現一個土動力學和巖土地震工程學領域公認的普適的土彈塑性動力本構模型。因此，盡管等效線性化方法在理論上存在諸多缺陷，但仍然是目前工程實用的場地非線性地震反應計算方法。

場地設計地震動參數的確定需開展場地地震反應分析工作，這涉及到兩個關鍵技術環節，即輸入基巖地震動時程的合成以及場地地震反應的計算。針對不同環節，工程實踐均提出了相關亟需解決的技術問題。

在輸入基巖地震動時程的合成的技術環節中，目前場地地震安全性評價工作中廣泛使用的基巖地震動時程的合成方法是以反應譜和強度包絡為目標，采用三角級數疊加法生成初始時程，通過在頻域內對其迭代調整，最終合成滿足給定精度要求的“人工”地震動時程，其中，目標反應譜是概率地震危險性計算確定的基巖一致概率譜，目標強度包絡則利用與基巖峰值加速度相對應的控制地震確定。我國目前廣泛使用的工程場地地震安全性評價計算軟件 ESE 即是采用該方法合成地震動時程。理論研究和場地地震安全性評價工程實踐表明，上述方法存在如下問題亟需解決：（1）“人工”地震動波形的性態與實際天然地震動相差較大，難以模擬天然地震動的非平穩特性，盡管“人工”地震動的反應譜能夠以一定的精度擬合目標基巖譜，但是當場地地震反應進入非線性階段后，輸入地震動的非平穩特性將會對反應產生重要影響，在國際上，美國核安全標準審查大綱 SRP3.7.1 已明確規定，禁止使用這種純“人工”地震動，而是通過對天然地震動進行處理生成用于核工程結構動力反應分析的輸入，我國的工程實踐也對非平穩地震動的合成提出了不同程度的需求；（2）常用的頻域調整方法所得地震動位移波形將會出現非常顯著的基線漂移問題，對于對速度和位移參數敏感的長周期結構，該問題直接影響到場地設計地震動參數的合理性，現有的工程場地地震安全性評價工作中，通常并不給出速度和位移曲線，在一定程度上忽視了該問題，但是，工程結構的抗震設計在有些情況下對設計地震動的速度和位移參數提出了較為迫切的需求，這類需求利用現有的方法難以滿足；（3）與基巖峰值加速度相對應的強度包絡難以綜合反映工程場址所處的地震環境特點，對于受遠場、大震影響的長周期結構，現有方法確定的強度包絡將會導致場地或結構地震反應計算結果偏于不安全，在實際工程中，一些大跨度橋梁（如南京長江四橋）和超高層建筑（如武漢綠地項目）的場地地震安全性評價工作均對地震動強度包絡提出了特殊的要求。