[发明专利]一种海底近断层地震动的拟合方法

权利要求书

1.一种海底近断层地震动的拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：计算近海场地的地震动传递函数H(ω)；

步骤S2：拟合海底地震动的高频成分，得到近海域近断层地震动的高频加速度时程分量a₃(t)；

步骤S3：拟合海底地震动的低频脉冲成分，得到地震动的拟低频脉冲型加速度时程a₅(t)；

步骤S4：将高频加速度时程分量a₃(t)与地震动的拟低频脉冲型加速度时程a₅(t)叠加，得到海底近断层地震动；

其中，所述步骤S2的具体包括以下步骤：

步骤S21：计算海底土层表面的幅值谱；

采用修正Tajimi-Kanai功率谱密度模型对基岩自由表面处三个方向的地震动功率谱密度函数进行模拟，表达式如下：

式中，S_br(ω)为基岩自由表面地震动功率谱密度函数；|H_p(ω)|为高通滤波函数；S_g(ω)为Tajimi-Kanai功率谱密度函数；ω_f和ξ_f分别为高通滤波函数的中心频率和阻尼比；ω_g和ξ_g分别Tajimi-Kanai功率谱密度函数的中心频率和阻尼比；

由基岩自由表面地震动功率谱密度函数S_br(ω)计算基岩自由表面傅里叶幅值谱A_br(ω)，表达式如下：

A_br(ω)＝[4S_br(ω)Δω]^1/2 (24)

式中，Δω为频率间隔，Δω＝2π×采样频率/FFT长度；

确定基岩自由表面处幅值谱后，通过近海场地传递函数H(ω)，求得近海场地海底土层表面的幅值谱A_s1(ω)表达式如下：

A_s1(ω)＝|H(ω)|A_br(ω) (25)

式中，A_br(ω)、A_s1(ω)分别表示基岩自由表面、近海场地海底土层处地震动的傅里叶幅值谱，H(ω)表示计算得出的近海场地地震动传递函数；

步骤S22：通过matlab的rand函数生成[0,2π]间均匀分布的随机相位谱φ₁(ω)；

步骤S23：基于式(26)进行傅里叶逆变换，得到高频加速度时程a₁(t)；其中，参数i为虚数，即取值等于

步骤S24：对求得的高频加速度时程a₁(t)乘以强度包络线g(t)，得到非平稳加速度时程a₂(t)，表达式如下：

a₂(t)＝a₁(t)g(t) (27.1)

强度包络线由上升时间段、延续时间段和下降时间段的包络线组成；延续时间段包络线的线形是幅值为1的水平线，上升时间段和下降时间段包络线的线形可以是直线、抛物线或指数曲线；

上升时间段直线、抛物线或指数曲线的包络线函数的表达式分别为：

直线：

抛物线：

指数曲线：

式中，t为时间变量；T₁为上升时间长度；c₁为上升时间段指数曲线包络线的线形参数；

下降时间段直线、抛物线或指数曲线的包络线函数的表达式分别为：

直线：

抛物线：

指数曲线：

式中，t为时间变量；T₂为0时刻至延续时间段结束时刻的时间长度；c₂为下降时间段指数曲线包络线的线形参数；T为地震动总的时间长度；

步骤S25：对非平稳加速度时程a₂(t)进行傅里叶变换，得到幅值谱A_s2(ω)和相位谱φ₂(ω)；将低于临界频率的幅值设为0，得到调整后的幅值谱A_s3(ω)；基于式(27.8)进行傅里叶逆变换，得到海域近断层地震动的高频加速度时程分量a₃(t)；其中，参数i表示为虚数，即取值等于