[发明专利]两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法

权利要求书

1.一种两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法，其特征在于，所述方法是按照以下步骤实现的：

A、第一阶段：以实际观测数据为基础，采用残差分析方法来逐步确定地震动衰减关系中各效应项的模型函数形式，

并在确定的每一个效应项后利用标准差对相应改进的模型函数形式进行评估，考察模型函数的有效性；

逐步在衰减关系模型中纳入多种地震动影响因素：断层类型、场地特性和近场效应，从而获得最终的震动衰减关系函数形式；

B、第二阶段：对最终确立的震动衰减关系函数，利用所选取的强震数据集进行回归，确定系数。

2.根据权利要求1所述的一种两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法，其特征在于，所述第一阶段的实现过程为：

步骤A1、针对研究区域建立强震观测数据集，所述数据集包括以下信息：

地震震源信息：震级、断层机制，

强震台站信息：台站到震源距离，台站与震源的相对几何位置关系，台站所在场点场地参数Vs30，

强震记录：加速度时程，或者由加速度时程计算所得的峰值加速度PGA和加速度反应谱Sa，将地震动峰值加速度PGA以及0.01-10s摇摆周期的加速度反应谱Sa作为地震动参数；

步骤A2、确定改进的基本模型函数形式f_B′：

结合地震学基本原理和强震观测数据集整体所表现出的基本特征选取仅考虑震级M和距离衰减项R的基本模型函数形式f_B(M,R,θ₁)，

其中θ₁为模型系数，为确定有效的近场地震动饱和效应约束，利用所述强震观测数据集对f_B在无约束和不同方式的近场饱和约束条件下分别进行随机效应回归，确定模型系数θ₁，从而计算基本模型f_B(M,R,θ₁)对观测数据估计的误差标准差；对不同近场地震动饱和约束进行标准差评估，即比较各种不同方式的近场饱和约束条件下得出的标准差，选取在整个研究周期范围内标准差较小约束形式作为有效的近场地震动饱和约束加入所述基本模型中，从而将模型改进为f_B′(M,R,θ₁′)；

步骤A3、确定断层类型效应项f_F：

计算各观测点实测值与f_B′(M,R,θ₁′)对各观测点的地震动参数估计值的差，即为残差；再计算不同断层类型地震动参数的平均残差，观察不同断层类型地震动平均残差的偏态，得出断层类型对地震动参数的影响，进而确定描述断层类型影响的函数f_F(F,θ₂)；其中F为断层类型，θ₂为模型系数；

所述不同断层类型是指走滑断层、倾滑正断层和倾滑逆断层；

将f_F与f_B′相加得到改进模型f_B′+f_F，实现在衰减关系模型中考虑断层类型的影响；

步骤A4、确定场地特性效应项f_s：

计算f_B′+f_F对各观测点的估计残差，根据地震动残差随场地特征参数Vs30的变化趋势，得出Vs30对地震动参数的影响，确定描述地震动参数受Vs30影响的函数形式，选择线性和非线性的场地效应函数f_s(Vs30,θ₃)，将f_s加入到f_B′+f_F得到再次改进模型f_B′+f_F+f_s，并比较加入不同形式的f_s的再次改进模型f_B′+f_F+f_s估计误差标准差的大小，选择在所关注的摇摆周期范围内标准差较小的场地效应函数f_s；

步骤A5、确定近场效应项f_HW和f_Dir：

从强震观测数据集中选取震级M大于5.5地震记录组成近场地震动特性研究的大震级地震子集，计算f_B′+f_F+f_s对子集各场点的地震动估计残差，

选取近场效应特征参数，根据上、下盘地震动参数的残差随距离的变化规律，确定描述上盘效应的函数形式，建立上盘效应因子f_HW和上盘效应模型系数θ₄；根据地震动残差随方向性参数X·cos(θ)和的变化趋势，确定方向性效应因子f_Dir和方向性效应模型系数θ₅；系数θ₄，θ₅由大震级地震子集数据回归确定的，作为模型最终的系数；

所述第二阶段的实现过程为：将第一阶段确定的描述各因素对地震动影响的函数形式整合到一起得出最终的衰减关系函数形式，如下：

lnY＝f_B′+f_F+f_S+F_HW·f_HW+f_Dir

其中，lnY为地震动参数PGA，Sa取的自然对数；F_HW为判断上盘的哑变量，对于上盘场地取1，其他取0；f_HW和f_Dir中的模型系数在步骤A5中已经确定，

利用强震观测数据集对上式衰减关系模型函数进行随机效应回归，确定模型系数θ₁′，θ₂，θ₃以及模型误差标准差，即可得出最终的地震动参数衰减关系。

3.根据权利要求1所述的一种两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法，其特征在于，在步骤A3中，F采用Zoback分类方法确定。