[发明专利]两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建立地震动衰减关系的方法，属于地震危险性分析及地震安全性评价领域。

背景技术

地震动衰减关系是重大工程中地震危险性分析、地震安全性评价的基础。目前，由于我国强震记录相对匮乏，我国的地震动衰减关系的建立主要采用两种方法：烈度转换方法和数值模拟方法。烈度转换方法是以国外强震记录丰富地区(美国西部)的地震动参数衰减关系作为参考，基于地震动参数和地震烈度之间的对应关系，利用研究地区和参考地区地震烈度衰减关系的相对关系，转换得到研究区域的地震动参数衰减关系。这种方法在国内广泛应用，并应用于我国建筑抗震区划图的编制中。该方法的基本假设——地震动参数和地震烈度之间存在确定性的对应关系，是缺乏科学依据的，因此该方法也经常遭到质疑。数值模拟方法是基于地震学理论，利用少量记录反演出地震震源，路径和场地等参数后，合成地震动记录，从而利用合成记录建立衰减关系。这类方法建立地震动衰减关系往往在工程关注的某些周期段(例如：随机模拟方法在周期大于3秒的长周期段，格林函数方法在周期小于1秒的中短周期段)反应谱预测精度不高。更重要的是，数字模拟方法建立衰减关系时，无法给出的预测结果的不确定性，因此所建立的衰减关系应用于地震危险性分析时受到较大的限制。

近几年，随着我国部分地区(川滇地区)强震记录的丰富，部分学者利用经验数据，通过选择特定的函数形式，采用回归的方法建立衰减关系。然而，简单的回归分析难以有效地对影响地震动水平的多种因素进行有效的约束，因此得出的衰减关系不能同时考虑多种因素，从而大多只能反映震级、距离、场地类型的影响。同时，由于衰减关系的函数形式依赖于人为选定，并没有经过数据的检验，忽略了函数形式与记录数据之间的匹配和适应性问题，从而增加了模型的主观性。在工程应用上，采用简单回归得出的衰减关系主要存在以下局限性。第一：对于近场区域的特有效应(如：上下盘效应，方向性效应等)无法考虑，从而对于地震破坏严重的近场地区地震动参数的估计误差较大。第二：仅仅采用宽泛而粗略的场地类别作为表征场地条件的参数也会对地震动水平的估计带了较大的误差，增加地震动参数估计结果的不确定性。第三，预测结果存在较大主观误差和主观不确定性。

发明内容

本发明为了解决采用简单回归得出的衰减关系存在的无法同时考虑多种地震动影响因素、对于地震破坏严重的近场地区地震动参数估计误差较大、预测结果存在较大主观误差和主观不确定性的问题，进而提出一种两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

为达到以上发明目的，本发明给出了两阶段残差分析建立衰减关系模型的方法。本发明将衰减关系的建立过程分为两个阶段实施。即第一阶段以实际观测数据为基础，采用逐步残差分析方法来确定模型函数形式，并在完成每一个环节后利用标准差对模型函数形式进行评估，检验模型函数的有效性，然后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，近场效应)；第二阶段对最终确立的衰减关系函数，利用所选取的强震数据集进行回归，确定系数。

本发明所述的两阶段残差分析建立地震动衰减关系的方法是按照以下步骤实现：

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；在确定每一个效应项后，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；然后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。

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(Vs30表示地表以下30米内的平均剪切波速)，

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)，