考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工程場地地震影響評價領域，尤其涉及考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，包括以下步驟：步驟1，劃定工程場地地震影響區(qū)；步驟2，劃分潛在震源；步驟3，建立場地地震影響分析框架；步驟4，建立地震年發(fā)生率矩陣；步驟5，建立地震影響強度矩陣；步驟6，確定不同方位地震影響強度的超越率；步驟7，計算不同方位地震影響強度的超越概率。本發(fā)明充分考慮潛在震源方位對工程場地地震的影響，減小了地震危險性分析結果與實際地震作用效應的偏差，滿足了工程抗震對地震破壞方式分析的要求。
【專利說明】考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工程場地地震影響評價領域，尤其涉及考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法。
【背景技術】
[0002]工程場地地震危險性評定是工程地震工作的一個重要組成部分，主要目的是為工程抗震提供設計依據。我國許多大中城市都處在地震區(qū)，那里人口眾多，建筑物密集，而且對水、電、天然氣等生命線工程依賴越來越重。為保證社會經濟的平穩(wěn)發(fā)展和人民生命財產的安全，以抗震設防、減災防災為目的的工程場地地震危險性評價就顯得尤為重要。
[0003]地震危險性(Seismic Hazard)是指某一場地或某一區(qū)域在未來一定時期內可能遭受到的最大地震影響，可以用地震烈度或地震動參數表示。
[0004]I960年美國學者Cornell提出地震危險性概率分析方法，在地震地質研究基礎上對場地周圍一定范圍內潛在震源進行分類，考慮潛在震源地震活動的重現關系和地震動的衰減關系，可以給出地震影響區(qū)范圍內所有潛在震源對場地造成的最大地震影響程度及其超越概率。潛在震源的地震重現關系依據震源區(qū)帶的歷史地震活動，按古登堡-里克特公式統(tǒng)計獲得，獲得地震動衰減關系的最常用方法仍然是統(tǒng)計回歸法。
[0005]目前概率地震危險性分析的結果實際上是疊加了場地周圍地震影響區(qū)范圍內所有潛在震源對場地的地震影響，是場地可能遭受的最大地震影響(最不利情況)。從地震影響強度方面考慮，這樣的分析結果對工程抗震而言是偏于安全。然而，正是由于這個分析結果是不同方向上所有潛在震源影響的疊加，這又帶來了一個很大的問題，即，這個分析結果沒有體現潛在震源方位的影響，所給出的地震作用只有強度沒有方向。
[0006]實際上，工程構筑物和巖土體的地震破壞方式不僅與地震作用的強度有關，也和地震作用的方向密切相關。工程場地周圍不同方向上可能對場地構成威脅的潛在震源活動性各不相同，場地周圍各個方向上的區(qū)域地質建造也會有很大變化，從而各個方向上地震動的衰減規(guī)律也必然存在差異，因此，不同方位的潛在震源對場地的地震影響程度必然存在顯著變化；另外，由于潛在震源輻射特征的變化和地震波入射方向的變化，從不同方向到達場地的地震動作用方向也必然存在差異。地震作用的強度和方向變化必然會導致場地巖土體和工程建筑物地震破壞方式的不同。
[0007]顯然，不能反映潛在震源方位對工程場地地震動影響的地震危險性分析結果與實際地震作用效應有很大的偏差，不能滿足工程抗震對地震破壞方式分析的要求，需要進一步改進。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，充分考慮潛在震源方位對工程場地地震作用的影響，以減小地震危險性分析結果與實際地震作用效應的偏差，滿足工程抗震對地震破壞方式分析的要求。
[0009]為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1，劃定地震影響區(qū)范圍，包括:
[0011]以可能對工程場地造成影響的潛在震源中最遠者到場地中心的距離Ru作為影響半徑，劃定工程場地地震影響區(qū)范圍[IRu]；
[0012]式中，R0為對場地有影響的潛在震源到場地中心的最小距離。
[0013]步驟2，劃分潛在震源，包括:
[0014]對工程場地地震影響區(qū)范圍內的潛在震源類型進行劃分、對潛在震源進行編號、確定潛在震源的震級變化范圍；
[0015]潛在震源類型劃分包括根據地震地質和地震活動性研究，將工程場地地震影響區(qū)范圍內的潛在震源劃分為點源、線源、面源及本底源四種類型；
[0016]對潛在震源進行編號包括:
[0017]設場地地震影響區(qū)范圍內有I個潛在震源:
[0018]Sk，k = 1,2，…，I ;
[0019]式中，I為正整數；Sk表示第k個潛在震源；k為正整數或0，稱為潛在震源個數計數器；
[0020]確定潛在震源的震級變化范圍包括根據潛在震源的地震活動性確定地震影響區(qū)潛在震源的震級范圍[mQ,mu]；
[0021]式中，mQ為震級下限，為mu震級上限。
[0022]步驟3，建立場地地震影響分析框架，包括:
[0023]震級分檔，Hiie [m0，mu], i = O, I, 2,…，n_l ；
[0024]式中,Iiii為第i個震級分檔[Iiii, mi+1]的震級代表值,用Hii代表分檔區(qū)間[Hii, mi+1],mi+1 = Iiii+Am, Am = (mu-m0)/η ；
[0025]式中，i為正整數或0，稱為震級分檔計數器；11為正整數，表示震級分檔的總數；
[0026]距離分檔，Rje [R0, RJ , j = O, I, 2，...，s_l ；
[0027]式中，Rj為第j個距離分檔[Rj, RJ+1]的代表值，用Rj代表分檔區(qū)間[Rj, RJ+1]，RJ+1=Rj+AR，AR = (Ru-R0)/s ；
[0028]式中，j為正整數或0，稱為距離分檔計數器；s為正整數，表示震中距離分檔的總數；
[0029]方位分檔，0qe[O°，360。]，q=l，2，…，P;
[0030]式中，Θ q為以工程場地為中心的第q個方位角域[Θ Θ q, Θ q+A Θ J的代表值；Θ q取第q個方位角域的中心值，可用Θ q代表方位角域[Θ q-Λ Θ q，Θ q+Λ Θ q];
[0031]式中，q為正整數或0，稱為方位分檔計數器；ρ為正整數，代表以工程場地為中心按潛在震源分布劃分的方位角域總數。
[0032]步驟4，建立地震年發(fā)生率矩陣Λ q,包括:
[0033]以不同潛在震源的震級-頻度關系為基礎，建立各個方位角域對應的以震級分檔ni1、距離分檔&為框架的地震年發(fā)生率矩陣Aq ;
[0034]Ati = [λ ijq], q = 1，2，…，p。[0035]步驟5，建立地震影響強度矩陣Aq，包括:
[0036]以不同方位的地震影響強度衰減關系為基礎，建立各個方位角域Θ q對應的以震級分檔m1、距離分檔&為框架的地震影響強度矩陣Aq ；
[0037]Atl=IiaijtlLq=IJrH1P0
[0038]步驟6，確定各方位地震影響強度的超越率λ gq,包括:
[0039]在給定方位角域Θ q對應的地震影響強度矩陣Aq中找出所有滿足％≥agq的元素\ ^所在位置(i，j)g，將相同角域的地震年發(fā)生率矩陣Aq中與位置(i，」)8對應的所有元素Xg ijq疊加求和，得出該方位上的潛在震源在今后一定時期內對場地地震影響強度a,超過給定強度agq的超越率λ gQO
[0040]步驟7，計算各方位地震影響強度的超越概率Fgq,包括:
[0041]以工程在其使 用期內相對于地震影響的可靠度和風險率為基礎，計算場地地震影響區(qū)范圍內一定方位角域Θ q中的潛在震源在今后一定時期內對場地地震影響強度aq超過給定強度agq的超越概率Fgq。
[0042]進一步,步驟I中，Ru不小于150km。
[0043]進一步，Ru的范圍為250~300km。
[0044]進一步，建立地震年發(fā)生率矩陣Λ q的具體計算過程為:
[0045]I)計算第k個潛在震源Sk第i個震級分檔Hii的地震年發(fā)生率λ ik，包括:
[0046]為分析各個震級分檔的地震年平均發(fā)生率，引用震級-頻度關系公式:
[0047]Ig N = a — bM(I)
[0048]式(I)中:M為震級；N為震級≥M的地震次數；a, b為統(tǒng)計常數；
[0049]將式(I)改寫為:
[0050]N(m)=ea —0111(2)
[0051]式⑵中:m為震級；N(m)為震級≥m的地震次數；a，β為統(tǒng)計值；
[0052]在未來一定時期T內，在震級變化范圍Hitl≤m≤mu內地震發(fā)生的總次數N為:
[0053]N = N (m0) -N (mu)(3)
[0054]在時期T內，震級變化范圍[mQ，mu]內所有地震的平均年發(fā)生率λ為:
[0055]λ = N/T(4)
[0056]將震級范圍[i%m]之間的地震次數占地震總次數的比例定義為震級概率分布函數F(m)，則有:
【權利要求】
1.一種考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，劃定地震影響區(qū)范圍，包括: 以可能對工程場地造成影響的潛在震源中最遠者到場地中心的距離Ru作為影響半徑，劃定工程場地地震影響區(qū)范圍[IRu]； 式中，R0為對場地有影響的潛在震源到場地中心的最小距離； 步驟2，劃分潛在震源，包括: 對工程場地地震影響區(qū)范圍內的潛在震源類型進行劃分、對潛在震源進行編號、確定潛在震源的震級變化范圍； 所述潛在震源類型劃分包括根據地震地質和地震活動性研究，將工程場地地震影響區(qū)范圍內的潛在震源劃分為點源、線源、面源及本底源四種類型； 所述對潛在震源進行編號包括: 設場地地震影響區(qū)范圍內有I個潛在震源:
Sk, k = I, 2,…，I ； 式中，I為正整數；Sk表示第k個潛在震源；k為正整數或O，稱為潛在震源個數計數器；所述確定潛在震源的震級變化范圍包括根據潛在震源的地震活動性確定地震影響區(qū)潛在震源的震級范圍[mQ,mu]； 式中，Hitl為震級下限，為mu震級上限； 步驟3，建立場地地震影響分析框架，包括:
震級分檔，Ini ∈ [m0, mj, i = O, I, 2，…，n_l ； 式中，Ini為第i個震級分檔[n^nvJ的震級代表值,用Hii代表分檔區(qū)間Iimi, mi+1], mi+1=Iiii+ Δm, Am = (mu_m0)/η ； 式中，i為正整數或O，稱為震級分檔計數器；11為正整數，表示震級分檔的總數；
距尚分檔，Rj ∈ [R0, Ru], j = O, I, 2,…，s-1 ； 式中，Rj為第j個距離分檔[Rj, RJ+1]的代表值，用Rj代表分檔區(qū)間[Rj, RJ+1]，RJ+1 =Rj+AR，AR= (Ru-R0)/s ； 式中，j為正整數或O，稱為距離分檔計數器；s為正整數，表示震中距離分檔的總數； 方位分檔，QqE [0° , 360° ]，q=l，2,…，P; 式中，Θ q為以工程場地為中心的第q個方位角域[θ ,-Λ Θ q, Θ q+A Θ J的代表值；Θ q取第q個方位角域的中心值，用Θ q代表方位角域[θ Θ q, Θ q+ Δ Θ J ； 式中，q為正整數或0，稱為方位分檔計數器；？為正整數，代表以工程場地為中心按潛在震源分布劃分的方位角域總數； 步驟4，建立地震年發(fā)生率矩陣Aq，包括: 以不同潛在震源的震級-頻度關系為基礎，建立各個方位角域Θ q對應的以震級分檔ni1、距離分檔&為框架的地震年發(fā)生率矩陣Aq ;
Aq = [ λ iJq], q = 1，2，...，p ; 步驟5，建立地震影響強度矩陣A,，包括: 以不同方位的地震影響強度衰減關系為基礎，建立各個方位角域Θ q對應的以震級分檔ni1、距離分檔&為框架的地震影響強度矩陣Aq ；Aq = [aiJq], q = 1，2，...，p ; 步驟6，確定各方位地震影響強度的超越率λ gq，包括: 在給定方位角域Θ q對應的地震影響強度矩陣Aq中找出所有滿足ai& ^ agq的元素agijq所在位置(i，j)g，將相同角域的地震年發(fā)生率矩陣Aq中與位置(i，」)8對應的所有元素Xg ijq疊加求和，得出該方位上的潛在震源在今后一定時期內對場地地震影響強度aq超過給定強度agq的超越率λ gq ； 步驟7，計算各方位地震影響強度的超越概率Fgq，包括: 以工程在其使用期內相對于地震影響的可靠度和風險率為基礎，計算場地地震影響區(qū)范圍內一定方位角域Θ q中的潛在震源在今后一定時期內對場地地震影響強度a,超過給定強度agq的超越概率Fgq。
2.根據權利要求1所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，步驟I中，所述Ru不小于150km。
3.根據權利要求2所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，所述Ru的范圍為250~300km。
4.根據權利要求1所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，步驟4中，所述建立地震年發(fā)生率矩陣Aq的具體計算過程為: I)計算第k個潛在震源Sk第i個震級分檔Hii的地震年發(fā)生率λ ik，包括: 為分析各個震級分檔的地震年平均發(fā)生率，引用震級-頻度關系公式: Ig N = a — bM(I)式(I)中:M為震級；N為震級≥M的地震次數；a,b為統(tǒng)計常數； 將式⑴改寫為: N(m)=ea—em(2) 式⑵中:m為震級；N(m)為震級≥m的地震次數；a，β為統(tǒng)計值； 在未來一定時期T內，在震級變化范圍Hitl < m < mu內地震發(fā)生的總次數N為: N = N (m0) -N (mu)(3) 在所述時期T內，震級變化范圍內所有地震的平均年發(fā)生率λ為: λ = Ν/Τ(4) 將震級范圍[i%m]之間的地震次數占地震總次數的比例定義為震級概率分布函數F(m)，則有:
5.根據權利要求1所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，步驟5中，所述建立地震影響強度矩陣Aq的具體計算過程為:首先，考慮工程場地地震影響區(qū)內進入第q個方位角域Θ ,中的某一潛在震源Sk對場地的影響；對所述潛在震源Sk，應用該方位上的地震影響強度衰減關系a, = fq(m，R)計算第i個震級分檔Hi1、第j個距離分檔&的地震對場地的影響強度aijqk:aijqk — fqk(mi，Rj)(13) 所述地震影響強度衰減關系aq = fq(m, R)中^^表示方位θ q上震中距離為R、震級為m的地震對場地的影響強度； 然后，對方位角域Θ q中進入同一距離分檔&中的所有潛在震源的影響疊加求和，得:
6.根據權利要求1所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，步驟6中，所述超越率λ gq的具體計算過程為: 首先，給定工程所能承受的來自方位Θ q的地震影響強度極限值agq，在該方位的地震影響強度矩陣Aq中搜索所有滿足aUq≥agq的元素ag iJq: [ag ijq] = IXjq I aijq ^ agq](16) 確定元素\ ijq在地震影響強度矩陣Aq中的位置(i，j)g; 然后，將同一方位的地震年發(fā)生率矩陣Aq中與位置(i，」)8對應的所有元素Xg &累加，得到該方位角域Θ q中潛在震源在今后一定時期內對場地的地震影響強度a,超過給定強度agq的年發(fā)生率，即超越率λ gq:

7.根據權利要求1所述的考慮潛在震源方位影響的工程場地地震危險性分析方法，其特征在于，步驟7中，所述超越概率Fgq的具體計算過程如下: 假定地震發(fā)生服從均勻泊松過程，則在未來一定時期T內，一定方位角域Θ q中潛在震源對場地的地震影響強度a,不超過給定強度agq的概率Pgq為:
Pgq = P [nm = O | aq ≥agq, T] = e_Agq'T, q = 1，2，...，ρ(19) 式(19)中，Ii111表示場地發(fā)生aq≥agq事件的數目； 反之，在未來一定時期T內，一定方位角域Θ q中潛在震源對場地的地震影響強度a,大于或等于給定強度agq的概率Fgq為:Fgq = 1-Pgq = P [nm ≥ 1|aq ≥ agq, T] = l-e_Agq'T, q = 1，2，...，p (20) 按式(20)，計算得出地震影響區(qū)內分別落在ρ個方位角域中的潛在震源對場地的地震影響強度a,超過給定強度agq的p個超越概率Fgq。
【文檔編號】G06F19/00GK103955620SQ201410200780
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權日:2014年5月13日
【發(fā)明者】孫進忠, 韓賽超, 何芳芳, 梁向前, 王新娟 申請人:中國地質大學（北京）