[发明专利]一种地震安全性评价计算装置和计算方法

说明书

本发明公开了一种地震安全性评价计算装置，其特征在于，包括地震危险性计算模块、地震动合成模块、场地计算‑1D模块和场地计算‑2D模块四个模块；所述地震危险性计算模块包括基本参数、潜源参数、地震动模型、地震危险性计算和结果输入五个部分；所述地震动合成模块包括控制参数、目标谱、初始地震动、地震动合成和结果输出五个部分；所述场地计算‑1D模块与所述场地计算‑2D模块均包括计算模型、输入地震动、计算和结果输出四个部分。

技术领域

本发明涉及地震工程技术领域，具体来说，涉及一种地震安全性评价计算装置和计算方法。

背景技术

场地地震安全性评价工作是在对场址区域地震环境，包括区域和近场区地震地质和地震活动性，以及局部场地地震工程地质条件综合评价的基础上，通过开展地震危险性计算、地震动合成以及场地地震反应计算，确定场地地震动参数，为工程抗震设防提供依据。

而随着我国工程建设广度和深度的不断增加，重大工程和基础设施建设所处的地震环境和局部场地条件越来越复杂，例如，受远场大震影响的大跨度南京长江四桥工程、曹妃甸工业园区内大约240km2的填海造陆工程、吉林靖宇核电厂场址存在软弱夹层、河北海兴核电厂场址则存在较厚的硬夹层并且土层呈现出显著的横向非均匀特征、海口市多个超高层建筑坐落在局部火山岩侵袭形成的硬夹层场地上、多个铁路和公路桥梁穿越峡谷或河谷等不规则地形、以及天津和上海等滨海城市存在具有深厚覆盖层的软土场地等。这些复杂的地震环境和局部场地条件对地震动合成与场地地震反应计算提出了越来越高的技术要求。由于现行计算方法和软件很难满足实际工程中多方面的需求，因此，在重大工程场地地震安全性评价工作的开展过程中，复杂场地地震动效应的评估工作所面临的技术问题越来越突出。

场地地震反应计算的一个关键问题和难点问题，就是土介质非线性的处理问题。由于土介质力学性质的复杂性，至今尚未出现一个土动力学和岩土地震工程学领域公认的普适的土弹塑性动力本构模型。因此，尽管等效线性化方法在理论上存在诸多缺陷，但仍然是目前工程实用的场地非线性地震反应计算方法。

场地设计地震动参数的确定需开展场地地震反应分析工作，这涉及到两个关键技术环节，即输入基岩地震动时程的合成以及场地地震反应的计算。针对不同环节，工程实践均提出了相关亟需解决的技术问题。

在输入基岩地震动时程的合成的技术环节中，目前场地地震安全性评价工作中广泛使用的基岩地震动时程的合成方法是以反应谱和强度包络为目标，采用三角级数叠加法生成初始时程，通过在频域内对其迭代调整，最终合成满足给定精度要求的“人工”地震动时程，其中，目标反应谱是概率地震危险性计算确定的基岩一致概率谱，目标强度包络则利用与基岩峰值加速度相对应的控制地震确定。我国目前广泛使用的工程场地地震安全性评价计算软件 ESE 即是采用该方法合成地震动时程。理论研究和场地地震安全性评价工程实践表明，上述方法存在如下问题亟需解决：（1）“人工”地震动波形的性态与实际天然地震动相差较大，难以模拟天然地震动的非平稳特性，尽管“人工”地震动的反应谱能够以一定的精度拟合目标基岩谱，但是当场地地震反应进入非线性阶段后，输入地震动的非平稳特性将会对反应产生重要影响，在国际上，美国核安全标准审查大纲 SRP3.7.1 已明确规定，禁止使用这种纯“人工”地震动，而是通过对天然地震动进行处理生成用于核工程结构动力反应分析的输入，我国的工程实践也对非平稳地震动的合成提出了不同程度的需求；（2）常用的频域调整方法所得地震动位移波形将会出现非常显著的基线漂移问题，对于对速度和位移参数敏感的长周期结构，该问题直接影响到场地设计地震动参数的合理性，现有的工程场地地震安全性评价工作中，通常并不给出速度和位移曲线，在一定程度上忽视了该问题，但是，工程结构的抗震设计在有些情况下对设计地震动的速度和位移参数提出了较为迫切的需求，这类需求利用现有的方法难以满足；（3）与基岩峰值加速度相对应的强度包络难以综合反映工程场址所处的地震环境特点，对于受远场、大震影响的长周期结构，现有方法确定的强度包络将会导致场地或结构地震反应计算结果偏于不安全，在实际工程中，一些大跨度桥梁（如南京长江四桥）和超高层建筑（如武汉绿地项目）的场地地震安全性评价工作均对地震动强度包络提出了特殊的要求。