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(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210883427.5 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国地震局工程力学研究所 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路29号 (72)发明人 胡进军 盛兆琦 谢礼立  (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 刘景祥 (51)Int.Cl. G01V 1/28(2006.01) G01V 1/30(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于断层物理模型和脉冲函数的跨断层桥 梁空间变异性输入地震动模拟方法 (57)摘要 本发明提出基于断层物理模型和脉冲函数 的跨断层桥梁空间变异性输入地震动模拟方法。 所述方法采用混合方法模拟地震动时程, 分别采 用基于断层物理模型的模拟方法模拟高频地震 动, 采用参数化的脉冲函数模拟低频分量, 两者 滤波后叠加得到地震动时程, 最后由考虑地震动 的空间变异性的转换矩阵, 得到具有空间变异性 特征的地震动作为跨断层桥梁非一致激励的输 入地震动。 本发 明将基于断层物理模 型的模拟方 法与脉冲效应参数化的数学脉冲函数相结合, 得 到既体现场地高频特征又兼顾断层区域脉冲效 应和永久位移特点的地震动时程, 为跨断层桥梁 输入地震动模拟提供一种简单易行的方法。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115390134 A 2022.11.25 CN 115390134 A 1.基于断层物理模型和脉冲函数的跨断层桥梁空间变异性输入地震动模拟方法, 其特 征在于, 具体包括以下步骤: 步骤S1, 确定断层模型参数并建立断层模型; 步骤S2, 应用EXSIM程序模拟得到目标 区域的高频地震动, 对其进行高通滤波得到叠加 的高频时程; 步骤S3, 采用不同脉冲模型分别模拟走滑断层 法向方向性效应和平行向滑冲效应的低 频脉冲, 选取近断层脉冲记录拟合脉冲参数, 统计回归分析得到拟合的脉冲参数与地震动 参数的关系曲线, 再根据已有的经验公式确定脉冲函数 各参数的取值; 步骤S4, 通过转换矩阵得到考虑空间变异性的一对断层地震动, 为跨断层桥梁提供合 理的输入地震动, 所述 转换矩阵的每 个元素代表断层两侧某一方向的地震动分量。 2.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 在步骤S1中, 对拟建桥址处进行地质勘察, 确定断层模型的输入参数。 3.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 在步骤S2中, 将断层划分为N个子断层, 破 裂从震源扩展, 依 次触发子断层的滑动, 然后在时域中叠加得到整个 断层产生的地震动时 程: 式中, a(t)为地震动时程, i为子断层横向位置, j为子断层纵向位置, Nl为横向子断层 数, Nw为纵向子断层数, aij为第ij个子断层的地震动时程, t为时间, Δtij表示断层破裂从震 源传递到 子断层的间隔时间。 4.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 在 断层法向采用法向脉冲函数进行模拟, 所述法向脉冲函数 具体为: 式中, v(t)为法向速度脉冲, A为脉冲幅值, fp为脉冲频率, 为相位, γ为脉冲特征的参 数, t0为脉冲的峰值时刻。 5.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 断层平行方向采用含永久位移项的脉冲函 数, 永久位移的经验预测模型得到永 久位移项PDS或Dsite, 永久位移项的值根据矩 震级Mw、 断 层距Rrup和倾角 δ 得到, 平行 方向滑冲效应速度脉冲函数的具体表达式为: 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 115390134 A 2式中, vf(t)为平行方向速度 脉冲, Dsite和PDS表示地表永久位移, Tf为脉冲周期, t1为滑 冲效应开始的时刻, a0为偏移量, HW为指定场地位于上盘还是下盘的虚拟变量, NF和TF为确 定断层类型的虚拟变量, dBe和dWes为事件间残差和 事件内残差, h为深度, 其余参数为模型 修正系数。 6.根据权利要求4所述的方法, 其特征在于, 法向脉冲的波形由参数γ和 确定, γ值为 2, φ值的大小决定主脉冲的形状。 7.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 对桥址处土层简化为均质土层得到等效简 化土层的视波速, 进而求得行波效应的滞后时间, 将模拟得到的高频地震动经过4阶 Butterworth滤波器进行高通滤波, 将滤波后的时程与脉冲参数得到的低频脉冲进行叠加 得到宽频带断层地震动; 滤波截止频率的确定依照以下公式进行计算: 式中, fc为滤波截止频率, Tp为脉冲周期, dt为时间间隔, α 为系 数, α 的取值根据脉冲效 应的类型确定 。 8.根据权利要求1所述的方法, 其特征在于, 转换矩阵Z为2 ×2的矩阵, 每个元素代表断 层一侧法向或平行 方向的地震动分量, 其具体形式为: 9.一种电子设备, 包括存储器和 处理器, 所述存储器存储有计算机程序, 其特征在于, 所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1 ‑8任一项所述方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质, 用于存储计算机指令, 其特征在于, 所述计算机指令被 处理器执行时实现权利要求1 ‑8任一项所述方法的步骤。权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 115390134 A 3

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