[发明专利]一种具有永久位移的强震动位移时程仿真方法

说明书

本发明公开了一种具有永久位移的强震动位移时程仿真方法，首先加速度记录基线初始化，然后采用二阶Butterworth低通滤波对基线初始化的加速度记录进行滤波；再然后对低通滤波后的加速度记录积分得到速度时程；最后计算位移时程末尾10％的位移平坦度。能够获得地震动的合理永久位移，防止地震动永久位移信息的损失和相关时程的畸变，消除了主观性，避免引入人为误差，较为客观准确地识别出永久位移。

技术领域

本发明涉及一种具有永久位移的强震动位移时程仿真方法。

背景技术

强烈地震发生时，除了地面强烈振动引起的灾害外，其伴随地面的位错、地破坏和山崩等地变动，对建筑构造物也引起了强大的破坏力。特别是地面在近距离高震级的地震作用下，较长时间的剧烈振动将导致地面产生不同程度的永久位移。这种现象在我国1999年的台湾集集地震、2008年的汶川地震，2010年的智利和新西兰地震，2011年的东日本大地震中都得到了证实。强烈地震时，地变动由于相互挤压变形、位差或基地破坏而导致建筑构筑物损坏或倒塌，生命线系统的损坏或断裂。因此，研究地震灾害除了研究地面的强烈振动外，还需研究地震动的永久位移特性及其分布，地表位移与相关的地下浅层断层错动也有着密不可分的关系。在我国的防震减灾事业中，要探讨地震灾害，强震时地震动永久位移的识别、特性及其分布也是重要的研究课题之一，永久位移的识别是其中关键的环节。根据当时地震灾情调查，发现评估地震灾情除了使用峰值加速度等传统方法外，最大地表位移或同震位移对震害造成的影响也不容忽视。有必要通过合理的理论研究，并结合强震数据提取地表永久位移，为工程建设及震源机制的研究提供必要的参考。

理论上，强震加速度记录在经过二次积分后可以得到合理的最大地表位移及可能发生的永久位移，但是由于强震过程中地表因强烈振动而抬升或倾斜，强震仪也会由于基线的漂移而失真。因此，在强震数据的处理过程，如果难以消除因强烈振动而导致地表倾斜抬升所带来的基线漂移，则无法获得合理的地表永久位移。并且现在的基线校正程序主观性较强，永久位移的识别结果因人而异。

总体说来，造成加速度记录基线偏移的影响因素有三类，有强震仪的原因，有环境背景噪声的原因，也有地震动的原因。初始参考基线通过加速度记录的适合部分来确定，或者是P波到达前的时间区间内的数据，如果没有事前记录，则是整条记录的平均值。通过用所有记录数据减去这个平均值完成基线初始化。然后，并不对加速度记录进行滤波，而是对记录进行积分得到速度，并检查速度的长周期漂移，可能表明存在参考基线的偏移，大多情况下，基线的偏移在加速度时程中并不很明显，对于基线偏移量比较小的数据来说，进行简单的滤波就可以有效地去除信号中的噪声，对于具有永久位移信息的记录而言，会削弱其中的永久位移信息，但是并非不可以采用滤波的方法进行永久位移的识别。在基线偏移比较大的情况下，会严重影响信号的长周期部分，为了对数据进行校正，需要对速度进行线性的分段拟合或低阶多项式的拟合，然后从加速时间序列减去这些拟合的偏移量。大多情况下，对于强震数据的处理，只能是一定程度上削弱了原始误差，由于处理方法本身就具有一定的主观性，因此很难避免不引入新的人为误差。这些综合因素的影响给地震动永久位移的识别带来了一定的挑战。因此，在近断层强震动记录的处理过程中，如何消除强震记录中的基线漂移成为识别永久位移的核心研究内容。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种具有永久位移的强震动位移时程仿真方法，能够较为客观准确地识别出永久位移。

本发明是通过以下措施实现的：

一种具有永久位移的强震动位移时程仿真方法，包括以下步骤：

步骤1，加速度记录基线初始化，即记录的每个采样点数值减去事前时间段T记录的平均值；

步骤2，采用二阶Butterworth低通滤波对基线初始化的加速度记录进行滤波；

步骤3，对低通滤波后的加速度记录积分得到速度时程；