地震動觀測以及數(shù)據(jù)處理要求

1、地震動觀測以及數(shù)據(jù)處理要求1For engineering purposes the time variation of ground acceleration is the most useful way of dening the shaking of the ground during an earthquake. 2單自由度結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)相對地面的位移結(jié)構(gòu)的阻尼比，一般取結(jié)構(gòu)的圓頻率地面的加速度時(shí)程3記錄的可行性臺灣Chi-Chi地震中一學(xué)校記錄位移？4汶川地震中豐收水庫壩體主震縱向裂縫5數(shù)學(xué)上的思考當(dāng)函數(shù)用離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)表示時(shí)（地震動就是一例），微分一般會產(chǎn)生誤差放大，而積分則不會產(chǎn)生精度

2、上的損失6地震動觀測的意義強(qiáng)震觀測可為震后快速評估和抗震救災(zāi)服務(wù)。 利用數(shù)字強(qiáng)震觀測網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，在地震發(fā)生后可迅速給出各觀測地點(diǎn)的觀測結(jié)果，進(jìn)而定量的給出監(jiān)視地區(qū)的地震活動強(qiáng)度，為及時(shí)和有效的組織抗震救災(zāi)，乃至建立大震應(yīng)急系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。 烈度：指某一區(qū)域內(nèi)地表和各類建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度。 一次地震由于地點(diǎn)的不同，會出現(xiàn)多種不同的烈度。 7臺灣Chi-Chi地震，所繪制的烈度等震線與加速度等值線大體相一致8地震動觀測的意義強(qiáng)震觀測可為抗震設(shè)防服務(wù)。 強(qiáng)震記錄是重大工程、建構(gòu)筑物抗震設(shè)防的依據(jù)。 強(qiáng)震數(shù)據(jù)是確定地震動衰減規(guī)律、震害預(yù)測、研究場地的土層反應(yīng)、進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析和地震區(qū)

3、劃的基礎(chǔ)。 設(shè)置于工程結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)震儀取得的強(qiáng)震激勵數(shù)據(jù)可用于分析結(jié)構(gòu)的抗震性能、對進(jìn)行結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，為工程抗震加固和為類似的建構(gòu)筑物的抗震設(shè)計(jì)提供可參考的科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)。 9地震動觀測的意義強(qiáng)震觀測資料可為地震學(xué)基礎(chǔ)研究服務(wù)。 如用于研究震源模型、震源參數(shù)、發(fā)展機(jī)理、地震波動傳播規(guī)律等、特別是對近斷層地面運(yùn)動和震源破裂過程細(xì)節(jié)的研究起著非常重要的作用。 Shake map of the 8.0 magnitude earthquake in Sichuan, China on May 12, 20081011如果沒有強(qiáng)震觀測及其所取得的科學(xué)資料，談不上現(xiàn)代地震工程學(xué)的發(fā)展地震工程之所以能成為

4、一門定量的科學(xué)是和強(qiáng)震觀測的成果分不開的。 為地震和工程抗震措施等相關(guān)方面提供定量數(shù)據(jù)依據(jù)。 地震中不斷發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象促使了新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，成為不斷推動地震工程研究發(fā)展的重要推動力。 檢驗(yàn)從抗震研究實(shí)踐中總結(jié)出來的認(rèn)識、理論和辦法是否符合實(shí)際，從而加深人們對于地震和抗震客觀規(guī)律的認(rèn)識。 12地震動觀測一、地震動觀測對抗震理論的貢獻(xiàn)二、觀測設(shè)備三、地震動觀測臺站和臺陣四、目前的一些情況13一、地震動觀測對抗震理論的貢獻(xiàn)（1）為抗震理論進(jìn)入反應(yīng)譜階段提供了必要數(shù)據(jù) - 在反應(yīng)譜概念的產(chǎn)生、反應(yīng)譜的建立、反應(yīng)譜統(tǒng)計(jì)的相關(guān)研究方面起了重要作用。 14靜力理論階段（20世紀(jì)10-40年代）剛?cè)嶂疇帲▌傂赃€是

5、柔性結(jié)構(gòu)有利于抗震？）剛性理論代表：佐野利器、武藤青柔性理論代表：真島建三郎反應(yīng)譜理論階段（20世紀(jì)40-80年代）1941年Biot等提出反應(yīng)譜1953年Housner建立反應(yīng)譜理論1960年Veletsos和Newmark建立非線性反應(yīng)譜15Prof.George W. Housner(1910-2008)Nathan M. Newmark (19101981)Anestis S. Veletsos (1927 )基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論（20世紀(jì)90年代-至今）1994年美國Northridge地震，1995年日本Kobe地震后，美國學(xué)者提出以變形為控制指標(biāo)（原來的都是以強(qiáng)度作為控制），兼

6、顧多種其他指標(biāo)（能量、損傷、傷亡、經(jīng)濟(jì)損失，等）16（2）為研究地震動的特征提供定量數(shù)據(jù) - 定性的認(rèn)識極其重要，比如抗震中的概念設(shè)計(jì)。 但是如果缺少量的概念，就很粗糙。 只有在定性和定量兩個(gè)方面均有一定的認(rèn)識后，才能對一個(gè)問題有較為全面的把握，才能從經(jīng)驗(yàn)性的認(rèn)識上升為科學(xué)的解釋。 （3）了解結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)、進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn) - 彈性和非彈性反應(yīng)譜特征、地震動衰減規(guī)律、工程結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的定量計(jì)算、試驗(yàn)的地震輸入。 17二、觀測設(shè)備公元132年18制造原理？19三、地震動觀測臺站和臺陣臺 站震源機(jī)制臺陣傳播效應(yīng)臺陣局部效應(yīng)臺陣結(jié)構(gòu)反應(yīng)臺陣20地震動密集臺陣地下地震動臺陣區(qū)域地震動臺陣特殊地震動臺陣臺

7、站21臺 網(wǎng)臺網(wǎng)的合理布局：應(yīng)設(shè)置強(qiáng)度高、頻度大的地震區(qū)（根據(jù)歷史和現(xiàn)今的地震活動性和地質(zhì)構(gòu)造情況、地震危險(xiǎn)性分析）臺陣的設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)不同的目的儀器的正確設(shè)置：確保儀器的可靠性和精度要求、記錄結(jié)果的可用性臺網(wǎng)維護(hù)管理技術(shù)措施：確保儀器參數(shù)精度、儀器正常運(yùn)行等22震源機(jī)制臺陣（活斷層影響臺陣）23 - 旨在研究震源機(jī)制與地震動之間的相互關(guān)系。 布設(shè)在震源或斷層附近。 傳播效應(yīng)臺陣（地震動衰減臺陣） - 旨在研究地震波的傳播和衰減規(guī)律。 局部效應(yīng)臺陣（場地影響影響臺陣） - 旨在研究局部場地范圍內(nèi)地震動的特征和各種特殊的場地因素對地震動的影響，如土體、烈度異常、近斷層、上下盤、盆地效應(yīng)等等。 局部效

8、應(yīng)臺陣（場地影響影響臺陣）24 - 旨在研究局部場地范圍內(nèi)地震動的特征和各種特殊的場地因素對地震動的影響，如土體、烈度異常、近斷層、上下盤、盆地效應(yīng)等等。 GroundMeasuring PointBasement結(jié)構(gòu)反應(yīng)臺陣 - 旨在研究結(jié)構(gòu)不同位置、不同樓層的反應(yīng)情況。 25 - 旨在研究地震動在近地表空間內(nèi)的變化。 地震動密集臺陣26 - 旨在研究地震動在空間上的變化，獲得非一致地震地面加速度記錄。 可用于長大橋梁地面運(yùn)動的輸入。 地下地震動臺陣0204060100200300400500600700m0(m)ObservationStation 2GraniteSoilGraniteO

9、bservationStation 3ObservationStation 116m32m47m區(qū)域地震動臺陣特殊地震動臺陣 - 旨在研究一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)的地震動變化規(guī)律。 一個(gè)村莊、一個(gè)區(qū)、一個(gè)城市。 - 旨在研究一些如沙土液化、土結(jié)構(gòu)相互作用等問題。 27“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目完成后，我國新建了一批區(qū)域地震臺站，全國區(qū)域地震臺站分布圖28“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目完成后，我國國家級地震臺站共148個(gè)（含境外4個(gè)），臺站分布圖2930在全國所有地震臺站中，目前有人值守的地震臺站共110個(gè)，臺站分布圖“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目完成后，我國又新建了一批強(qiáng)震臺站，目前國家地震臺網(wǎng)中心共收到

10、了124個(gè)強(qiáng)震臺站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，強(qiáng)震臺站分布圖31一級強(qiáng)震監(jiān)控區(qū)（8個(gè)）32二級強(qiáng)震監(jiān)控區(qū)（13個(gè)）33太陽能電池GPS天線三分量加速度計(jì)固態(tài)強(qiáng)震記錄儀調(diào)制解調(diào)器電話線避雷器強(qiáng)震遙測中心地震動便攜計(jì)算機(jī)UPS電源電 源避雷器數(shù)字強(qiáng)震臺站框圖34 （1）建設(shè)了較高密度的數(shù)字強(qiáng)震動固定臺網(wǎng)。 臺網(wǎng)由1154個(gè)固定自由場強(qiáng)震動觀測臺站組成，集中布設(shè)在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)。 根據(jù)地震活動性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和人口密度等因素，將21個(gè)重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)分成兩級強(qiáng)震動監(jiān)控區(qū)。 一級強(qiáng)震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網(wǎng)密度達(dá)到平均臺距約25公里，接近于國際先進(jìn)水平，當(dāng)監(jiān)控區(qū)內(nèi)發(fā)生4級以上地震時(shí)，能有多臺獲取強(qiáng)震動記錄；二級

11、強(qiáng)震動監(jiān)控區(qū)的固定臺網(wǎng)密度達(dá)到平均臺距約40公里，當(dāng)監(jiān)控區(qū)內(nèi)發(fā)生4級以上地震時(shí)，至少有一臺能獲取強(qiáng)震動記錄。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)35 （2）建設(shè)了城市地震動強(qiáng)度（烈度）速報(bào)臺網(wǎng)。 臺網(wǎng)由310個(gè)固定自由場強(qiáng)震動觀測臺站組成，分別布設(shè)在位于強(qiáng)震區(qū)的北京、天津、蘭州、烏魯木齊、昆明共5個(gè)重要大城市。 在強(qiáng)地震發(fā)生后，能迅速給出儀器確定的地震動強(qiáng)度（烈度）的分布，為大城市的震害快速評估和應(yīng)急救災(zāi)決策提供可靠依據(jù)。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)36（3）布設(shè)了12個(gè)強(qiáng)震動觀測專用臺陣。 這些臺陣均是明確針對不同研究目的的專用臺陣，包括1個(gè)活斷層影響臺陣（由30個(gè)固定自由場觀測臺站組成），2個(gè)地震動衰減臺

12、陣（東部、西部各1個(gè)，各由50個(gè)固定自由場觀測臺站組成），2個(gè)場地影響臺陣（各由8個(gè)場地地表和地下3分量觀測點(diǎn)組成），1個(gè)地形影響臺陣（由8個(gè)場地地表3分量觀測點(diǎn)組成），超高層建筑、多層建筑、大跨空間建筑和基礎(chǔ)隔震建筑共4個(gè)典型建筑的地震反應(yīng)觀測臺陣（分別由46個(gè)、23個(gè)、46個(gè)和14個(gè)3分量觀測點(diǎn)組成），1個(gè)大型橋梁地震反應(yīng)臺陣（由23個(gè)3分量觀測點(diǎn)組成），1個(gè)大型水壩地震反應(yīng)臺陣（由21個(gè)3分量觀測點(diǎn)組成）。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)37 （4）配置了一個(gè)由200臺套觀測設(shè)備（含3分量數(shù)字強(qiáng)震動觀測儀器）的強(qiáng)震動流動觀測系統(tǒng)。 分別存放在各區(qū)域強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心，使其能夠根據(jù)短臨地震預(yù)報(bào)或在大震

13、發(fā)生后快速布設(shè)流動觀測臺，以補(bǔ)充固定臺網(wǎng)的不足，增強(qiáng)捕獲主震和強(qiáng)余震記錄的能力。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)38 （5）建立了觀測臺站場地資料數(shù)據(jù)庫。 對各個(gè)觀測臺站的臺址場地進(jìn)行了工程場地勘探測試。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng) （6）建立了國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)管理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由1個(gè)國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心、3個(gè)區(qū)域強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心、5個(gè)城市地震動強(qiáng)度（烈度）速報(bào)臺網(wǎng)中心和各省級強(qiáng)震動臺網(wǎng)部組成，以實(shí)現(xiàn)全國強(qiáng)震動臺網(wǎng)的有效維護(hù)和運(yùn)行，以及強(qiáng)震動數(shù)據(jù)匯集、處理、存儲與管理，并提供有效、快速的網(wǎng)上數(shù)據(jù)資料服務(wù)。 39 中國家數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)的建設(shè)，使我國大陸的強(qiáng)震動觀測密度大大增加，特別是在地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)（19

14、96-2005年），改變了我國強(qiáng)震動觀測十分落后的局面，形成了我國大陸的強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)系統(tǒng)。 強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)系統(tǒng)自2007年初開始試運(yùn)行，2008年3月進(jìn)入正式運(yùn)行。 經(jīng)試運(yùn)行和運(yùn)行，獲得了大量強(qiáng)震動加速度記錄。 2007年9月前，共獲取了3000余條地震動加速度記錄，其中峰值加速度在10gal以上的記錄達(dá)到536條，相當(dāng)于此前三十多年來我國大陸強(qiáng)震動臺網(wǎng)獲取的10gal以上記錄的三分之一，記錄的最大峰值加速度為（2006年6月28日云南鹽津級地震時(shí)豆沙臺記錄）。 截止到汶川特大地震前，獲得的地震動加速度記錄達(dá)6000余條，包括衰減臺陣的多個(gè)密集臺站記錄，獲得記錄的最大震級的地震事件是2007年6月3日云南普洱級地震。 而在這次的汶川級地震中，獲得了主震記錄約1160條，強(qiáng)余震記錄已超過3000條。 中國數(shù)字強(qiáng)震動觀測臺網(wǎng)40國家強(qiáng)震動臺網(wǎng)中心包括數(shù)據(jù)回收處理與管理系統(tǒng)和儀器檢定系統(tǒng)，數(shù)據(jù)回收處理與管理系統(tǒng)的主要功能是對強(qiáng)震動數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、處理、存儲、管理與發(fā)布。 414243強(qiáng)地震動數(shù)據(jù)處理我國強(qiáng)震觀測數(shù)據(jù)中心設(shè)在中國地震局工程力學(xué)所4445地震記錄文件零線（base line）調(diào)整 ，零線校正，數(shù)字濾波器作雙向?yàn)V波，截止頻率可