[地震工程][笔记] 近断层速度脉冲型地震动(单向脉冲&双向脉冲) [Near-fault pulse-like ground motion (one-way pulse & two-way pulse)]

实干、实践、积累、思考、创新。

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最近小伙伴找我们帮忙做一些近场地震动相关的工作，因此重新查看了一些近场地震动相关的资料。整理一些读书笔记，作为备忘。

近断层地震动（near-falut ground motion）基本特征主要包括近断层 强地震动的集中性、地表破裂、地面永久变形（permanent displacemenat）、破裂的方向性效应、近断层速度大脉冲 和 上盘效应。

这里主要整理 近断层速度大脉冲 的一些特性的笔记。所谓 “速度脉冲” ，指的是地震波的速度时程上，可以看到明显的脉冲现象。如下图所示，图中红色虚竖线间隔是一个速度脉冲，同时Tp为对应的脉冲周期。另外，对于速度脉冲的讨论也通常针对的是水平地震动。

• 速度脉冲主要形式

（1）双向速度脉冲

双向速度脉冲可通俗理解为在速度时程曲线的正负向均出现较大的波峰。主要由于破裂传播的多普勒效应引起的方向性速度脉冲。这样的速度脉冲主要表现在垂直于断层面的方向上，当断层的倾角较大时，主要表现在垂直于断层走向的方向上，且通常随着断层距的增大，脉冲变得越来越不明显^[1]。

（2）单向速度脉冲

单向速度脉冲可通俗理解为在速度时程曲线上只在单个方向上出现较大的波峰。如下图所示^[1]。通常由地面永久位移引起的速度脉冲会边线位单向脉冲。这个脉冲与永久位移的大小和产生永久位移的时间有关，它主要表现在平行于断层滑动方向的分量上，而且呈单向脉冲。反过来讲，由于速度时程只在一个方向出现较大的脉冲，那么由速度积分获得的位移时程，就很大概率偏向这个方向了，也就是出现了所谓的永久位移（permanent displacemenat）。

• 其他总结

破裂方向性效应引起的速度脉冲主要发生在垂直于断层面的方向，而地面永久位移引起的速度脉冲表现在与断层的滑动方向一致的分量上^[1] 。

因此，对于走向滑动断层，方向性速度脉冲和永久位移引起的速度脉冲出现在不同的地震动分量上，其中，方向性脉冲主要表现在垂直于断层走向的分量上，永久位移引起的速度脉冲表现在平行于断层走向的分量上。

对于倾向滑动断层，破裂方向性效应引起的速度脉冲和永久位移引起的速度脉冲都发生在垂直于断层面的方向的分量，因此，两个速度脉冲是叠加在一起的。

• 案例

以下我们从PEER地震动数据库中选两条近场含脉冲的地震波看看效果。

–  – – [地震波1] –  – –

地震波的具体信息如下，来源于1992年的Landers 地震 Lucerne站台的记录结果，震级7.3，断层类型为走滑断层 (Strike-Slip)，断层距2.2km，持续时间48.12s，选取的是垂直断层方向的分量，速度脉冲周期5.1s。

NGA#: 879

Event: Landers

Year/MODY: 1992/628

Station Name: Lucerne

Magnitue: 7.3

Fault Type: Strike-Slip

R_jb[km]: 2.2

R_rup[km]:  2.2

Duration[s]: 48.12

Direction: FN

Tp[s]: 5.1

采用本站的 SPECTR 软件，获得其加速度、速度、位移时程如下图所示。

对于这条波，可以认为是单向速度脉冲，第一个速度峰值（-150）比第二个速度峰值（50）大很多，位移时程出现了沿负向的一个永久位移。

–  – – [地震波2] – – – 

地震波的具体信息如下，来源于1979年的Imperial Valley-06 地震 EC_Meloland_Overpass_FF 站台的记录结果，震级6.5，断层类型为走滑断层 (Strike-Slip)，断层距0.1km，持续时间39.98s，选取的是垂直断层方向的分量，速度脉冲周期3.3s。

NGA#: 171

Event: Imperial Valley-06

Year/MODY: 1979/1015

Station Name: EC_Meloland_Overpass_FF

Magnitue: 6.5

Fault Type: Strike-Slip

R_jb[km]: 0.1

R_rup[km]:  0.1

Duration[s]: 39.98

Direction: FN

Tp[s]: 3.3

采用本站的 SPECTR 软件，获得其加速度、速度、位移时程如下图所示。

由图可见，这条波的速度时程出现了明显的速度脉冲，位移时程也出现了脉冲现象，但没有出现永久位移。

• 参考文献

[01] 刘启方, 袁一凡, 金星,等. 近断层地震动的基本特征[J]. 地震工程与工程振动, 2006, 26(1):10.

[02]  刘伟. 近场地震作用下高速铁路桥上列车行车安全控制研究 [D]. 福建工程学院, 2021.

[03] 孙鹏. 近场地震下框架结构基于损伤抗震设计研究 [D]. 西南石油大学, 2012.

[04] 艾在军 . 近场脉冲型地震动与远场地震动作用下RC框架结构的反应分析[D]. 太原理工大学, 2016.

[05] 王炎, 谢旭, 申永刚. 近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究[J]. 铁道学报, 2012, 34(12):8.

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