[发明专利]基于地震物理机制的空间互相关多点地震动模拟方法及装置

说明书

本发明提供基于地震物理机制的空间互相关多点地震动模拟方法及装置，能够可靠地模拟在时域和频域均具有相关性的地震动。方法包括：步骤1、由水平分层地壳速度模型计算得到广义地球介质系数矩阵A，进一步计算得到广义位移矢量Y；步骤2、计算层间的Haskell传播矩阵H；步骤3、基于给定有限断层模型创建每个子元的应力‑位移矩阵Ysubgt;S/subgt;；步骤4、创建与有限断层模型子元数量一样的地表的广义位移矢量Ysubgt;DB/subgt;和无限深处的广义位移矢量Ysubgt;SC/subgt;，分别向震源处通过Haskell传播矩阵H向震源处计算，两者求插值使其等于震源的应力‑位移矩阵Ysubgt;S/subgt;，从而求得每个子元产生的位移时间过程；步骤5、对所有子元产生的位移时间过程向叠加，得到最终的地震动位移时间过程。

技术领域

本发明属于地震动模拟技术领域，具体涉及一种基于地震物理机制的空间互相关多点地震动模拟方法及装置。

背景技术

地震动由于几何不相关效应、行波效应、局部场地效应等因素具有明显的空间变异特征，大量的地震动记录也证明了这一特性。而这种变异性对于输电塔线、桥梁、隧道、堤坝等较大较长结构的影响尤为明显，因此在重大工程结构抗震分析中往往需要考虑地震动的空间变异性。但现有的强震台站往往在几十千米的范围内只会布置一座，少有密集布置大量台站的位置，难以提供工程结构尺度的多点实测地震动记录，因此模拟是目前最为有效的解决途径。

当前针对空间相关的地震动时程模拟主要是基于统计规律得到的功率谱模型、相干函数模型，采用谱表示法进行模拟。这些方法主要基于随机振动理论，对地震动中包含的确定性信息有所忽视，在时程上的空间相关性较弱。

公开号为CN 107589445A、名称为一种基于设定反应谱的多段天然地震动合成方法的中国专利公开了一种通过在收集大量天然的原始地震动记录，并通过特定的方法筛选出其中的符合条件的地震波片段，并合成一条最接近目标设计反应谱的地震动的方法。该方法可以较好匹配设计反应谱，但数据的收集较为复杂，且难以合成空间互相关的多点地震动。

公开号为CN 114139363A、名称为一种空间变异非平稳地震动时程的模拟方法的中国专利公开了一种基于给定的地震动相干函数和功率谱密度函数进行插值，通过Cholesky分解和快速傅里叶变换生成空间多点地震动样本。该方法虽然计算快速简单，但几乎完全忽视了地震动时域的相关性，合成结果与真实地震动存在很大差异。

公开号为CN112069569A、名称为一种多点地震动合成方法及系统的中国专利公开了一种根据基岩处的功率密度函数和均质土层的传递函数获得基岩的各点处向均质土层三个方向的传递函数，进而获得均质土层的自功率谱密度函数和互功率谱密度函数，然后根据均质土层的自功率谱密度函数和互功率谱密度函数合成均质土层的地震动加速度。该方法并未给出如何得到基岩处的功率密度函数，同时没有考虑地震动时域的相关性。

这些方法考虑了地震动频域的相关性，但对时域的相关性考虑不足，容易造成对大型结构抗震性能分析的显著偏差。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于地震物理机制的空间互相关多点地震动模拟方法及装置，能够可靠地模拟在时域和频域均具有相关性的地震动。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

方法

本发明提供一种基于地震物理机制的空间互相关多点地震动模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、由水平分层地壳速度模型计算得到广义地球介质系数矩阵A，进一步计算得到广义位移矢量Y；

(1)广义地球介质系数矩阵A为：

式中，ρ为地壳密度，ω为角频率，k为慢度，λ和μ为Lame常量；