[發明專利]一種具有永久位移的強震動位移時程仿真方法

有效

• 申請號: 202011227761.2
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112269207B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周寶峰
• 申請（專利權）人: 中國地震局工程力學研究所
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01V1/30;G01V1/36;G06F30/20
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發明公開了一種具有永久位移的強震動位移時程仿真方法，首先加速度記錄基線初始化，然后采用二階Butterworth低通濾波對基線初始化的加速度記錄進行濾波；再然后對低通濾波后的加速度記錄積分得到速度時程；最后計算位移時程末尾10％的位移平坦度。能夠獲得地震動的合理永久位移，防止地震動永久位移信息的損失和相關時程的畸變，消除了主觀性，避免引入人為誤差，較為客觀準確地識別出永久位移。

技術領域

本發明涉及一種具有永久位移的強震動位移時程仿真方法。

背景技術

強烈地震發生時，除了地面強烈振動引起的災害外，其伴隨地面的位錯、地破壞和山崩等地變動，對建筑構造物也引起了強大的破壞力。特別是地面在近距離高震級的地震作用下，較長時間的劇烈振動將導致地面產生不同程度的永久位移。這種現象在我國1999年的臺灣集集地震、2008年的汶川地震，2010年的智利和新西蘭地震，2011年的東日本大地震中都得到了證實。強烈地震時，地變動由于相互擠壓變形、位差或基地破壞而導致建筑構筑物損壞或倒塌，生命線系統的損壞或斷裂。因此，研究地震災害除了研究地面的強烈振動外，還需研究地震動的永久位移特性及其分布，地表位移與相關的地下淺層斷層錯動也有著密不可分的關系。在我國的防震減災事業中，要探討地震災害，強震時地震動永久位移的識別、特性及其分布也是重要的研究課題之一，永久位移的識別是其中關鍵的環節。根據當時地震災情調查，發現評估地震災情除了使用峰值加速度等傳統方法外，最大地表位移或同震位移對震害造成的影響也不容忽視。有必要通過合理的理論研究，并結合強震數據提取地表永久位移，為工程建設及震源機制的研究提供必要的參考。

理論上，強震加速度記錄在經過二次積分后可以得到合理的最大地表位移及可能發生的永久位移，但是由于強震過程中地表因強烈振動而抬升或傾斜，強震儀也會由于基線的漂移而失真。因此，在強震數據的處理過程，如果難以消除因強烈振動而導致地表傾斜抬升所帶來的基線漂移，則無法獲得合理的地表永久位移。并且現在的基線校正程序主觀性較強，永久位移的識別結果因人而異。

總體說來，造成加速度記錄基線偏移的影響因素有三類，有強震儀的原因，有環境背景噪聲的原因，也有地震動的原因。初始參考基線通過加速度記錄的適合部分來確定，或者是P波到達前的時間區間內的數據，如果沒有事前記錄，則是整條記錄的平均值。通過用所有記錄數據減去這個平均值完成基線初始化。然后，并不對加速度記錄進行濾波，而是對記錄進行積分得到速度，并檢查速度的長周期漂移，可能表明存在參考基線的偏移，大多情況下，基線的偏移在加速度時程中并不很明顯，對于基線偏移量比較小的數據來說，進行簡單的濾波就可以有效地去除信號中的噪聲，對于具有永久位移信息的記錄而言，會削弱其中的永久位移信息，但是并非不可以采用濾波的方法進行永久位移的識別。在基線偏移比較大的情況下，會嚴重影響信號的長周期部分，為了對數據進行校正，需要對速度進行線性的分段擬合或低階多項式的擬合，然后從加速時間序列減去這些擬合的偏移量。大多情況下，對于強震數據的處理，只能是一定程度上削弱了原始誤差，由于處理方法本身就具有一定的主觀性，因此很難避免不引入新的人為誤差。這些綜合因素的影響給地震動永久位移的識別帶來了一定的挑戰。因此，在近斷層強震動記錄的處理過程中，如何消除強震記錄中的基線漂移成為識別永久位移的核心研究內容。

發明內容

為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種具有永久位移的強震動位移時程仿真方法，能夠較為客觀準確地識別出永久位移。

本發明是通過以下措施實現的：

一種具有永久位移的強震動位移時程仿真方法，包括以下步驟：

步驟1，加速度記錄基線初始化，即記錄的每個采樣點數值減去事前時間段T記錄的平均值；

步驟2，采用二階Butterworth低通濾波對基線初始化的加速度記錄進行濾波；

步驟3，對低通濾波后的加速度記錄積分得到速度時程；