地震工程教学课件第九讲
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地震层析成像技术 ppt课件
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.1 地震波走时自动拾取问题 在地震层析成像的研究中 ,可获得的观测数据是地震 记录 .从地震记录中可以获得地震波的走时、振幅和 频率 ,其中最关键的是地震波走时 .随着数字地震技 术的发展 ,观测数据的数量迅速增加 ,准确地进行地 震波走时的拾取越来越成为一项重要且繁重的工作 . 为此 ,走时的自动拾取成为人们研究与关注的对象 .
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 开展非弹性介质和完全弹性介质有限差分法三维
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在70年代首先以井间速度结构 调查为研究对象（Bois et al.1972）。1979年， Dines和Lytle首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速度成像的结果，并首先将层析成像 （ Computerized Geophysical Tomography ） 这 一 名 词 用 于 论 文 的 标 题 。 1984 年 ， 美 国 的 Anderson利用天然地震数据着手全 化、密度结构、地幔物质流动有了新的认识。
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.2 三维波动方程有限差分算法模拟地震波场的问题 不论是天然地震还是人工地震 (即使是二维观测方 式 )的观测数据都是在三维空间介质中形成 .由于地 下地质结构的千变万化 ,理论数据的正演计算只有在 三维空间中实现才更具有实际意义 .而目前大多采用 二维计算 ,使得理论数据与观测数据之间的误差不仅 由地质模型形成而且还由计算方法的数学模型形成 . 三维波动方程的有限差分解是获取地震波三维波场 的有效方法 .
一、地震层析成像研究发展概况
20世纪60年代初期，美国科学家Cormack从数学和 实验结果证实了根据X射线的投影可以唯一地确定人 体内部结构，从而奠定了医学诊断上图像重建的理 论 基 础 ， 即 X 射 线 CT(X Ray Computer Tomography). 60年代中期和70年代中期,随着数 学图像重建方法在射电天文学和电子显微学方面的 应用和发展，在数学方法上出现了本质上与奥地利 数学家1917年提出的Rndon逆变换方法相同的褶积 投影方法，Chapman，1981）。此后，地学界借 助医学CT思想，利用地震波的传播对地壳乃至上地 幔结构开始进行半定量研究。从此，低着层析成像 成为地球物理学研究的一个新领域。
《地震与工程抗震》课件
地震工程研究已经从单一的建筑结构扩展到包括桥梁、隧道、地下结构等更广泛的结构类型。
地震工程研究已经从单纯的理论研究向实际工程应用转变，更加注重工程实践和验证。
地震工程将更加注重多学科交叉，包括物理学、数学、计算机科学等，以解决地震工程中的复杂问题。
地震工程将更加注重智能化技术的应用，如人工智能、机器学习等，以提高地震工程设计的精度和效率。
包括桥墩震断、支座脱落、梁板坠落等，这些震害都与桥梁结构的设计、施工质量和抗震构造措施有关。
桥梁结构的振动反应
02
地震发生时，桥梁结构会受到地震波的冲击而产生振动，振动的幅度和频率与桥梁结构的动力特性和地震波的特性有关。
桥梁结构的抗震设计
03
抗震设计是减轻地震灾害的关键，包括场地选择、地基处理、桥墩设计、支座系统等，这些措施能够提高桥梁结构的抗震性能，减少震害的发生。
THANK YOU
总结词
地震可以根据不同的分类标准进行分类，全球地震Байду номын сангаас要分布在环太平洋地震带和欧亚地震带。
详细描述
根据震源深度、地表地质等因素，地震可以分为浅源地震、中源地震和深源地震。全球大部分地震都分布在环太平洋地震带和欧亚地震带，这些地区的地壳构造活动较为频繁。
总结词
地震波分为体波和面波两类，它们以不同的方式和速度传播，对地表和建筑物造成不同程度的破坏。
详细描述
体波是指在地壳内部传播的波，包括纵波和横波。纵波传播速度快，但破坏力较小；横波传播速度慢，但破坏力较大。面波则是在地表传播的波，其影响范围较广，破坏力较强。地震波的传播方式和速度受到地壳结构、地下水位、地表地质等多种因素的影响。
02
工程抗震的基本概念
减轻地震灾害对人类社会造成的损失，保护人民生命财产安全。
地震有关专业知识PPT课件
地面振动
岩石
最新课件
26
地震仪的工作原理
摆锤
弹簧
最新课件
27
现代地震仪
最新课件
28
三、地震的记录与定位
地震观测站
地震观测站
震中
震源
地震观测站
地震波传播时间图
• 最新课件 震中的确定
29
三、地震的记录与定位
地震仪记录下来的起伏震动的曲线，称为地震谱. 曲线上S-P为时差(纵、横波到达地震台的时间差).
震级每提高1级，大地振动增大 10 倍, 能量释放增加30 倍。 已测到的最大地震为里氏9.0级。
最新课件
34
里氏震级
震级
剧震：几乎是毁灭性 的，人员大量死亡 大震：严重经济损 失，人员大量死亡 强震：造成数十亿美元 的破坏，人员死亡 中震：财产毁坏
轻震：部分财产毁坏
小震：人有感觉
无感地震
最新课件
最新课件
41
最新课件
全球地震分布与 板块边界的关系
全球地震的绝大多数 发生在板块边界（提 供了地震释放总能量 的95% ） 板块内部的地震常常 与古板块边界或造山 带有关
42
板块俯冲与贝尼奥夫带
岩石圈
深震
中震
岛弧
海沟
浅震
软流圈
最新课件
• 贝尼奥夫带: • 海沟开始向大
陆方向深处倾 斜延伸的地震 震源深度面。 是板块的汇聚 边界。（活动 大陆边缘）
1999.8
最新课件
6
第一节 地震的含义及有关地震描述术语
二、地震描述术语
断层崖
• 1）震源：震动发 生的地方
地震波
• 2）震中：震源在 地表的垂直投影
关于地震ppt课件
。
快速响应机制
建立快速响应机制，确保在地 震发生后迅速启动救援行动。
资源整合与调配
整合各方资源，包括人力、物 资、设备等，并根据救援需要 合理调配。
信息共享与沟通
建立信息共享和沟通机制，确 保各方及时获取准确信息，协
同应对。
救援装备与技术
01
02
03
高科技救援装备
采用高科技救援装备，如 生命探测仪、破拆工具、 移动照明等，提高救援效 率。
地震的分类与成因
总结词
地震可根据成因和规模进行分类，其成因主要与地壳运动有关。
详细描述
根据成因，地震可分为构造地震、火山地震和塌陷地震等。其中，构造地震是由于地壳内部应力累积到一定程度 后，岩层突然断裂而产生的。火山地震则与火山活动有关，而塌陷地震则是由地下空洞或采空区塌陷引起的。此 外，根据规模，地震可分为微震、有感地震和破坏性地震等。
度的差异，提前对可能受影响的 地区发出预警。
预警时间
预警时间取决于地震震源深度、地 表地质等因素，通常预警时间较短 ，但可以为人们提供宝贵的逃生时 间。
预警信息的发布
通过电视、广播、手机短信等方式 ，向公众发布地震预警信息，提醒 公众采取应急措施。
预警信息的发布与接收
信息发布流程
地震监测系统检测到地震信号后 ，迅速进行分析和处理，确定预 警级别和受影响区域，通过预警 信息发布系统向公众传递预警信
近年典型地震案例
玉树地震
2010年青海玉树市发生7.1级地震，造成约3000 人死亡，数千人受伤。
雅安地震
2013年四川雅安市发生7级地震，造成约20人死 亡，数百人受伤。
鲁甸地震
2014年云南鲁甸县发生6.5级地震，造成约600人 死亡，数千人受伤。
快速响应机制
建立快速响应机制，确保在地 震发生后迅速启动救援行动。
资源整合与调配
整合各方资源，包括人力、物 资、设备等，并根据救援需要 合理调配。
信息共享与沟通
建立信息共享和沟通机制，确 保各方及时获取准确信息，协
同应对。
救援装备与技术
01
02
03
高科技救援装备
采用高科技救援装备，如 生命探测仪、破拆工具、 移动照明等，提高救援效 率。
地震的分类与成因
总结词
地震可根据成因和规模进行分类，其成因主要与地壳运动有关。
详细描述
根据成因，地震可分为构造地震、火山地震和塌陷地震等。其中，构造地震是由于地壳内部应力累积到一定程度 后，岩层突然断裂而产生的。火山地震则与火山活动有关，而塌陷地震则是由地下空洞或采空区塌陷引起的。此 外，根据规模，地震可分为微震、有感地震和破坏性地震等。
度的差异，提前对可能受影响的 地区发出预警。
预警时间
预警时间取决于地震震源深度、地 表地质等因素，通常预警时间较短 ，但可以为人们提供宝贵的逃生时 间。
预警信息的发布
通过电视、广播、手机短信等方式 ，向公众发布地震预警信息，提醒 公众采取应急措施。
预警信息的发布与接收
信息发布流程
地震监测系统检测到地震信号后 ，迅速进行分析和处理，确定预 警级别和受影响区域，通过预警 信息发布系统向公众传递预警信
近年典型地震案例
玉树地震
2010年青海玉树市发生7.1级地震，造成约3000 人死亡，数千人受伤。
雅安地震
2013年四川雅安市发生7级地震，造成约20人死 亡，数百人受伤。
鲁甸地震
2014年云南鲁甸县发生6.5级地震，造成约600人 死亡，数千人受伤。
《地震工程》课件
地震的成因：地壳运动、火山活动、地下水变化等
地震的分类：构造地震、火山地震、塌陷地震、人工地震等
地震的震级：根据地震释放的能量大小进行划分，如里氏震级、矩震级等
地震的烈度：根据地震对地面和建筑物的影响程度进行划分，如麦加利地震烈度、欧洲地震烈度 等
地震波的传播和影响
地震波类型：纵波、横波、面波
进行结构动力分析
结构抗震性能评估
地震工程结构分析的目的：评 估结构的抗震性能
结构抗震性能评估的方法：采 用地震模拟、结构分析等方法
结构抗震性能评估的内容：包 括结构强度、刚度、稳定性等
结构抗震性能评估的应用：用 于设计、施工、维护等阶段， 确保结构的抗震性能达到要求
结构减震和隔震技术
减震技术：通过改变结构本身的特性，如增加阻尼、改变刚度等，来减小地震对结构的影 响。
地震工程案例分析
历史大地震的影响和教训
1976年唐山大地震：造成 ห้องสมุดไป่ตู้4万人死亡，经济损失巨大
1923年关东大地震：造成 14万人死亡，经济损失巨大
1906年旧金山大地震：造成 30万人无家可归，经济损失 巨大
2008年汶川大地震：造成8 万人死亡，经济损失巨大
2011年日本大地震：造成 1.5万人死亡，经济损失巨大
隔震技术：通过在结构与基础之间设置隔震层，如橡胶垫、铅芯橡胶垫等，来减小地震对 结构的影响。
减震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能。
隔震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能，同时可以减小地震 对室内人员的影响。
结构健康监测和加固
结构健康监测：通过监测设备实时监测结构健康状况，及时发现问题 加固方法：采用加固材料和加固技术，提高结构抗震能力 加固效果评估：通过模拟地震试验，评估加固效果 加固实例：介绍实际工程中的加固案例，展示加固效果
地震的分类：构造地震、火山地震、塌陷地震、人工地震等
地震的震级：根据地震释放的能量大小进行划分，如里氏震级、矩震级等
地震的烈度：根据地震对地面和建筑物的影响程度进行划分，如麦加利地震烈度、欧洲地震烈度 等
地震波的传播和影响
地震波类型：纵波、横波、面波
进行结构动力分析
结构抗震性能评估
地震工程结构分析的目的：评 估结构的抗震性能
结构抗震性能评估的方法：采 用地震模拟、结构分析等方法
结构抗震性能评估的内容：包 括结构强度、刚度、稳定性等
结构抗震性能评估的应用：用 于设计、施工、维护等阶段， 确保结构的抗震性能达到要求
结构减震和隔震技术
减震技术：通过改变结构本身的特性，如增加阻尼、改变刚度等，来减小地震对结构的影 响。
地震工程案例分析
历史大地震的影响和教训
1976年唐山大地震：造成 ห้องสมุดไป่ตู้4万人死亡，经济损失巨大
1923年关东大地震：造成 14万人死亡，经济损失巨大
1906年旧金山大地震：造成 30万人无家可归，经济损失 巨大
2008年汶川大地震：造成8 万人死亡，经济损失巨大
2011年日本大地震：造成 1.5万人死亡，经济损失巨大
隔震技术：通过在结构与基础之间设置隔震层，如橡胶垫、铅芯橡胶垫等，来减小地震对 结构的影响。
减震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能。
隔震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能，同时可以减小地震 对室内人员的影响。
结构健康监测和加固
结构健康监测：通过监测设备实时监测结构健康状况，及时发现问题 加固方法：采用加固材料和加固技术，提高结构抗震能力 加固效果评估：通过模拟地震试验，评估加固效果 加固实例：介绍实际工程中的加固案例，展示加固效果
工程地震(地震现象)PPT精品文档
确定的平面
的夹角
Z
d S X i
R
波射线
波阵面的法线，代表 波的传播方向。
视速度 V* = d/dt 真速度 V = dR/dt
V* ＞V V / V* = sin i 29
地震微观现象——地震波
地震波
Seismic
震源扰动在地球介质中传播形成的弹性波
wave
在地球介质内部传播的地震波——自由波
– 体波 Body wave SV波—质点振动在 纵波（P — Primary wave）质播质传方点入S点播H向振射振方波动一面动向—致方内方正质向。。向交点与与 。振波波动的的与传
25
26
27
地震微观现象——地震波
Y
O 水平面
X
28
地震微观现象——地震波
地面 O
地
波前
震
任一时刻在介质空间
h
波
中分割已经扰动和未
传
被扰动区域的曲面。
播
等相位面
F
的
经过相同的传播时间
几
震源扰动所到达的空 间点构成的曲面。
何
描
波阵面
述
扰动区中的一系列等 相位面。
入射面
入射角 i
入射线与界面法线 入射线与界面法线
because of their inertia — while the frame and the paper roll are moved by
atphneend vraiebhcroearatdivnsygtwhgeroigwuhnatvdwe. fiothrmasn. attached pen hangs from the frame.
From Wikipedia, the free encyclopedia /wiki/Earthquake
科学《地震》课件
国际经验交流
加强与国际救援组织的协调合作，共 享资源和技术支持。
学习借鉴国际上的成功经验和做法， 提高地震救援和重建工作的水平。
国际资金援助
呼吁国际社会提供资金援助，支持灾 后重建工作。
06
地震的未来展望
科技在地震研究中的应用
地震监测技术
利用现代科技手段，如卫星遥感 、地磁、地电等，提高地震监测
的精度和时效性。
地震预测模型
借助大数据和人工智能技术，建立 更精确的地震预测模型，提高地震 预警的准确性和时效性。
地震模拟与仿真
利用计算机模拟技术，模拟地震发 生的过程和影响，为地震防范和应 急救援提供决策支持。
提高公众对地震的认识和防范意识
宣传教育
通过媒体、网络、宣传册等多种 渠道，普及地震知识，提高公众
地震可能导致山体滑坡、地面塌陷等，改变 自然景观。
生态平衡破坏
地震可能破坏生态环境，影响生物多样性。
05
地震救援与重建
地震救援
01
02
03
救援队伍组织
迅速组织专业的救援队伍 ，包括消防、医疗、搜救 等人员，进行现场救援。
救援设备配备
配备先进的救援设备，如 生命探测仪、破拆工具、 医疗急救设备等，提高救 援效率。
科学《地震》ppt课 件
目 录
• 地震概述 • 地震的形成原因 • 地震的预测与预防 • 地震的影响与后果 • 地震救援与重建 • 地震的未来展望
01
地震概述
地震的定义
总结词
地震是由于地球内部的地壳运动或板块间的相互作用而产生的自然现象。
详细描述
地震是由于地球内部的岩层在地壳运动过程中发生断裂，释放出积蓄的能量而 产生的。这种能量以地震波的形式传播，对地表和建筑物造成破坏。
地震工程学中小学PPT教学课件
• 最大反应及简化
– Sa=|x’’(t)+x’’g(t)|max, Sv=|x’(t) |max, Sd=|x(t) |max – 三点近似： Sa = w |J0-t{x’’g(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)dT}|max = w Sv = w2 Sd
back
特解（强迫振动）
• 输入过程的离散化——微脉冲 -x’’g(T)dT – dx(t)=e-ew(t-T)[A0coswd(t-T)+B0sinwd(t-T)]
布设方式：线 布状 设布 在设 某 潜 建 几 地在 区 筑 十 表发域物至及震内不几地断（同百下层上高米几辐百附度十射公近处-20线里0米上）处 目的：地 巨 近 结震 大 场 构动 地衰 区 震 的 随减 的 动 反 空 深规 地 、 应 间 度律 震 相 的、 动 源 关 变地资机性化震料制、传、土播场结效地相应影互响作用 举例：美 北 台 日国 京 湾 本加 阿 圣 饭SM州 拉 安 店A斯 德 、RT加 列 天-1斯 津、断 医SM层院A台R阵T-2
• 多种定义
• 峰值 • 有效峰值 • 持续加速度 • 等反应谱有效加速度 • 概率有效峰值 • 静力等效加速度
• 简要评价
• 等效简谐振幅
• 平均振幅 • Arias强度 • 均方根加速度 • 谱强度
back
a(t) (m/s2)
多种幅值定义
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
-2.5
0
5
10
15
– 烈度是分等级的，地震作用成倍数关系
– 烈度具有以后果表示原因的间接性，是“危害性”而非 “危险性”，抗震设防则恰恰以后者为依据
• 我国的做法
– Sa=|x’’(t)+x’’g(t)|max, Sv=|x’(t) |max, Sd=|x(t) |max – 三点近似： Sa = w |J0-t{x’’g(T)e-ew(t-T)sinwd(t-T)dT}|max = w Sv = w2 Sd
back
特解（强迫振动）
• 输入过程的离散化——微脉冲 -x’’g(T)dT – dx(t)=e-ew(t-T)[A0coswd(t-T)+B0sinwd(t-T)]
布设方式：线 布状 设布 在设 某 潜 建 几 地在 区 筑 十 表发域物至及震内不几地断（同百下层上高米几辐百附度十射公近处-20线里0米上）处 目的：地 巨 近 结震 大 场 构动 地衰 区 震 的 随减 的 动 反 空 深规 地 、 应 间 度律 震 相 的、 动 源 关 变地资机性化震料制、传、土播场结效地相应影互响作用 举例：美 北 台 日国 京 湾 本加 阿 圣 饭SM州 拉 安 店A斯 德 、RT加 列 天-1斯 津、断 医SM层院A台R阵T-2
• 多种定义
• 峰值 • 有效峰值 • 持续加速度 • 等反应谱有效加速度 • 概率有效峰值 • 静力等效加速度
• 简要评价
• 等效简谐振幅
• 平均振幅 • Arias强度 • 均方根加速度 • 谱强度
back
a(t) (m/s2)
多种幅值定义
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
-2.5
0
5
10
15
– 烈度是分等级的，地震作用成倍数关系
– 烈度具有以后果表示原因的间接性，是“危害性”而非 “危险性”，抗震设防则恰恰以后者为依据
• 我国的做法
工程地震ppt
n 1
①
an bn
1
1
f ( x) cos nx d x
( n 0 , 1, )
②
f ( x) sin nx d x ( n 1, 2 , )
由公式 ② 确定的
称为函数 的傅里
的傅里叶系数 ; 以
的傅里叶级数 .
叶系数为系数的三角级数 ① 称为
应谱值大小
EPA R a / 2 . 5
EPV R v / 2 . 5
7）谱强度 由速度反应谱确定，与输入能量有关：
SI ( )
2 .5
0 .1
SV ( T , )d T
2.3 地震动频谱特性
一、傅里叶谱 什么是频谱？
谱的含义是将物理量按照组成结构分解所形成的 函数或图表，以揭示其组成成分以及各成分特性 （例如强度）的变化。
远离结构的自振频率！
想其他替代方法 1）持续峰值 地震动时程中多次超过的某数值的
较大幅值。在加速度时程或速度时程中选取某幅 值，使地震动幅值有3－5次超过此值，分别作为 持续加速度峰值和持续速度峰值，一般为实际峰 值的0.6－0.7。
2）概率有效峰值加速度。取值大的幅值出现次数
并不多；设定一个阈值，例如90％，由小到大作 幅值频数分布，当累积出现次数与总次数的比例 （即累积概率）达到90％的加速度幅值作为概率 有效峰值加速度。
40
50
2008年中国汶川地震八角台强震记录，特点竖向与水平差不多
峰值 556.2cm/s2
东西分量
竖向分量
峰值 633.1cm/s2
南北分量
峰值 581.6cm/s2
2008年中国汶川地震卧龙台强震记录，特点有两次主要事件
①
an bn
1
1
f ( x) cos nx d x
( n 0 , 1, )
②
f ( x) sin nx d x ( n 1, 2 , )
由公式 ② 确定的
称为函数 的傅里
的傅里叶系数 ; 以
的傅里叶级数 .
叶系数为系数的三角级数 ① 称为
应谱值大小
EPA R a / 2 . 5
EPV R v / 2 . 5
7）谱强度 由速度反应谱确定，与输入能量有关：
SI ( )
2 .5
0 .1
SV ( T , )d T
2.3 地震动频谱特性
一、傅里叶谱 什么是频谱？
谱的含义是将物理量按照组成结构分解所形成的 函数或图表，以揭示其组成成分以及各成分特性 （例如强度）的变化。
远离结构的自振频率！
想其他替代方法 1）持续峰值 地震动时程中多次超过的某数值的
较大幅值。在加速度时程或速度时程中选取某幅 值，使地震动幅值有3－5次超过此值，分别作为 持续加速度峰值和持续速度峰值，一般为实际峰 值的0.6－0.7。
2）概率有效峰值加速度。取值大的幅值出现次数
并不多；设定一个阈值，例如90％，由小到大作 幅值频数分布，当累积出现次数与总次数的比例 （即累积概率）达到90％的加速度幅值作为概率 有效峰值加速度。
40
50
2008年中国汶川地震八角台强震记录，特点竖向与水平差不多
峰值 556.2cm/s2
东西分量
竖向分量
峰值 633.1cm/s2
南北分量
峰值 581.6cm/s2
2008年中国汶川地震卧龙台强震记录，特点有两次主要事件
《地震工程学》课件
案例二：中国汶川地震
案例四：印度尼西亚苏 门答腊地震
案例六：土耳其伊斯坦 布尔地震
案例八：意大利拉奎拉 地震
案例十：俄罗斯堪察加 半岛地震
案例一：日本阪神地震
案例三：美国旧金山地 震
案例五：智利瓦尔帕莱 索地震
案例七：墨西哥城地震
案例九：新西兰基督城 地震
经验教训：地震工程实践中常见的问题和挑战 改进措施：针对这些问题和挑战的解决方案和改进措施 案例分析：具体案例分析，包括问题描述、解决方案和改进措施 实践经验：总结实践经验，提出建议和指导
应用领域：广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利、电力、通信等基础设施建设领域。
研究内容：地震工程学主要研究地震对建筑物、桥梁、隧道等基础设施的影响，以及如何设计和建造抗震结构。 研究方法：地震工程学采用实验、数值模拟、现场观测等多种方法，对地震作用下的结构行为进行研究。 实验方法：通过模拟地震振动的实验，研究结构在地震作用下的响应和破坏机理。 数值模拟方法：利用计算机软件，对地震作用下的结构行为进行数值模拟，预测结构在地震作用下的响应和破坏情况。 现场观测方法：通过对地震现场的观测和记录，了解地震作用下的实际情况，为地震工程学的研究提供依据。
抗震设计。
地震预测的准确性：如何更准确地预测地震的发生时间和强度
建筑物抗震性能：如何提高建筑物的抗震性能，减少地震造成的损失
地震救援和恢复：如何提高地震救援的效率，以及如何快速恢复受灾地区的正常生活
地震工程学的研究和应用：如何推动地震工程学的研究和应用，提高地震灾害的预防和应对 能力
地震监测技术的发展：提高地震监测的 准确性和实时性
汇报人：
,
汇报人：
01
02
03
04
(第九讲)地震层析成象
Si
Si
其中 S i 表示小区域 Si 之面积， 向量 f f1 , f 2 ,..., f I T被称为图像向量。
三、地震走时层析成像算法
3．1离散图像重建
设射线 Li 与小区域 S i 相交部分之长度为 a ji ，根据 Radon变换，函数 f 沿射线 Li 的投影函数为
j f
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.4地震反演解的可靠性问题 由于震源和检波器位臵分布及连续问题的离散化 , 地震层析成像反演将遇到方程的不适定问题 . 若方 程组是欠定的 , 解可能不存在 , 或者没有唯一解 . 当条件数很大时 , 反演问题将是不稳定的 , 所用算 法也可能不稳定 . 若方程是超定的 , 说明方程组中 的一个或几个方程是其它方程的线性组合 , 或者所 有的方程中某些变量是其它变量的同一线性组合 , 这两种情况都得不出唯一解 ( 杨文采 , 1 997; 刘福 田 , 1989) .
Af τ
三、地震走时层析成像算法
3．2重建算法 方程组（ 3 ）中的系数矩阵 A 是极其稀疏的，因为它 的每一行有 J 各元素，而每条地震波只通过所有 I 个 像元中的一小部分，因此矩阵A中的大部分元素为零。 根据系数矩阵稀疏的特点，对方程组（3）多采用迭 代方法求解。
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在 70 年代首先以井间速度结构 调查为研究对象 （ Bois et al.1972 ）。 1979 年， Dines 和 Lytle 首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速 度 成 像 的 结 果 ， 并 首 先 将 层 析 成 像 （ Computerized Geophysical Tomography ）这一名 词用于论文的标题。 1984 年，美国的 Anderson 利用 天然地震数据着手全球构造研究，并公布了全球三 维速度结构。从而使人们对重力场变化、密度结构、 地幔物质流动有了新的认识。
Si
其中 S i 表示小区域 Si 之面积， 向量 f f1 , f 2 ,..., f I T被称为图像向量。
三、地震走时层析成像算法
3．1离散图像重建
设射线 Li 与小区域 S i 相交部分之长度为 a ji ，根据 Radon变换，函数 f 沿射线 Li 的投影函数为
j f
二、地震层析成像方法面临的主要问题
2.4地震反演解的可靠性问题 由于震源和检波器位臵分布及连续问题的离散化 , 地震层析成像反演将遇到方程的不适定问题 . 若方 程组是欠定的 , 解可能不存在 , 或者没有唯一解 . 当条件数很大时 , 反演问题将是不稳定的 , 所用算 法也可能不稳定 . 若方程是超定的 , 说明方程组中 的一个或几个方程是其它方程的线性组合 , 或者所 有的方程中某些变量是其它变量的同一线性组合 , 这两种情况都得不出唯一解 ( 杨文采 , 1 997; 刘福 田 , 1989) .
Af τ
三、地震走时层析成像算法
3．2重建算法 方程组（ 3 ）中的系数矩阵 A 是极其稀疏的，因为它 的每一行有 J 各元素，而每条地震波只通过所有 I 个 像元中的一小部分，因此矩阵A中的大部分元素为零。 根据系数矩阵稀疏的特点，对方程组（3）多采用迭 代方法求解。
一、地震层析成像研究发展概况
地震层析成像的研究在 70 年代首先以井间速度结构 调查为研究对象 （ Bois et al.1972 ）。 1979 年， Dines 和 Lytle 首先对地震层析成像坐了大量数值模 拟，并公布了利用弯曲的地震射线进行地下地震波 速 度 成 像 的 结 果 ， 并 首 先 将 层 析 成 像 （ Computerized Geophysical Tomography ）这一名 词用于论文的标题。 1984 年，美国的 Anderson 利用 天然地震数据着手全球构造研究，并公布了全球三 维速度结构。从而使人们对重力场变化、密度结构、 地幔物质流动有了新的认识。
工程抗震课程总结课件幻灯片
§2.1 场地划分与场地区划
2.1.1 场地及其地震效应
定义
场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的范
围
>14层
影响建筑物震害的因素:
结构破坏百分率( %)
地震类型、结构类型、 下卧层的构成、覆盖层厚度
3 5层
10 14层 5 9层
土层厚度 (m)
房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大 ；
等意义上保证抗震计算结果的有效性
建筑抗震设计在总体上要求把握的基本原则 : 注意场地选择，把握建筑体型，利用结构延性， 设置多道防线，重视非结构因素
一、注意场地选择
地震区 宜选择有利地段，避开不利地段，不在危险地段进行工程建设
地段类别
地质、地形、地貌
有利地段 稳定基岩、坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土 等
不利地段
软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的 山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面 分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层 （如故河道、疏散的断层破碎带、暗埋的塘浜 沟谷及半填半挖地基）等
危险地段 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石 流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位
当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时 应遵循建筑抗震设计的有关要求进行详细的场地评价，并采取必要的抗震措施
第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震 影响时，
建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；
第二水准：当遭受相当于本地区 设防烈度的地震 影响时，
建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用；
第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的 罕遇地震 影响时，
建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
我国主要城镇中心地区的抗震设防烈度
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②弯矩空间→截面可能承受的双轴弯矩值的所有组合。 其中任一点代表截面的一种受力状态
③初始开裂曲面→弯矩空间中，弹性阶段与开裂阶段的 分界曲面。
2）变形强化规则
3）塑性流动法则和本构关系 4）加、卸载条件 5）应用上述模型
的计算结果与
实验结果的对
比
二 柱端并联弹簧模型
1. 基本概念
用四个角部弹簧来模拟钢筋和混凝土的刚度，用一核 心弹簧来模拟柱核心受压钢筋混凝土的刚度，并在平截面 假定的前提下确定模型的主要参数。
主要适用以剪切变形为主的结构，如框架等。以 结构或构件开裂、屈服将骨架曲线分为三折线。其卸 载曲线可用指数曲线表示。
三 武田三线性模型（Takeda） 1）适用：以弯曲破坏为主的结构或构件 2）三线性模型分解
3）特点：（与克拉夫相比） ①考虑开裂所引起的构件刚度降低，骨架曲线取为三折线
②卸载退化刚度规律与克拉夫模型近似，取为
1）适用：钢ห้องสมุดไป่ตู้混凝土受弯构件
2）退化模型： kr ky m
3）特点：
y
α—刚度退化指数
①较好地反映了钢筋混凝土构件构件性能的影响
②次滞回规则和主滞回规则相同
③骨架曲线可根据实际需要取为平顶和坡顶两种，对坡顶
屈服后刚度常取屈服前刚度的5%~10%
克拉夫模型不同参数计算比较
2. 退化三线性模型
②确定恢复力模型的方法： 1）实验拟合法（目前采用的主要方法） 2）系统识别法 3）理论计算法 实验拟合法——根据实验散点图，采用一定的数学模型，
定量地确定出骨架曲线和不同控制下的标准滞回环；然后将 骨架曲线和各标准滞回环结合起来组成恢复力曲线。并利用 不同控制变形下的标准滞回环相比较确定反复加载时的刚度 退化规律。
第九讲
结构弹塑性反应分析（Ⅱ）
8.3恢复力模型的建立
8.3.1恢复力曲线的形式和特性
①恢复力—结构或构件在受扰力作用产生变形时企图恢复原
有状态的抗力
②恢复力曲线特性—恢复力和变形之间的关系曲线
③影响恢复力特性曲线形状的因素
1）材料性能 2）受力状态
④特性曲线的表示方式
1）M—θ
2）M—φ
3）P—Δ
4. 梁柱节点（见图8.2.5） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载4）“捏拢”现
象
5. 剪力墙 1）变形特点：弯曲 → 剪切 → 剪切滑移 2）滞回特性：棱形 → 反S形 → 弓形 → Z形
二 砌体结构 受力特点：在竖向荷载及水平荷载共同作用下处于双向受 力状态 破坏特点：循环往复荷载使墙体损伤逐渐积累，墙体沿裂 缝面的滑移，破坏形态主要受剪切摩擦机制的 影响控制 变形机制：开裂前变形模式呈剪切形 开裂后变形模式呈剪弯形 （见图8.2.6和8.2.7所示）
4）σ—ε
一 钢筋砼构件 1. 受弯构件（见图8.2.1；图8.2.2）
特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载4）“捏拢”现象
2. 压弯构件（见图8.2.3） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载 4）“捏拢”现象
3. 纯扭和压扭构件（见图8.2.4） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载 4）“捏拢”现象
1）较为准确地反映了结构的主要滞回特征和骨架曲线 2）不能全面地反映地震作用的结构动力特性（如滞回 特性等）
8.3.3几种重要的恢复力曲线模型
一 兰伯格—奥斯古德模型（Romberg Osgood）
1. 适用： 1）土体 2）钢筋材料的非线性
2. 骨架曲线 由Py、Δy及形状指数γ等三个基本参数规定
三 钢结构构件
破坏特征： 1）整体或局部失稳 2）低周疲劳断裂
滞回特性： 1）滞回曲线较饱满 2）局部屈曲导致了强度大幅度退化 3）P—Δ效应引起负刚度影响 4）梁柱节点采用螺栓连接时，可能会因螺栓滑动使滞 回环呈滑移型 5）单杆支撑由于拉压受力性能改变而使得滞回环不对称 6）支撑形式不同对滞回环特性的影响很大 （见图8.2.8；图8.2.9；图8.2.10和8.2.11所示）
一 骨架曲线
滞回曲线上各滞回环最大峰值点的连线。此处采用无量纲坐 标，将实验数据在δ/δy—P/Py图上标出，即可得出经统计及模型 化后的骨架曲线，它由多折线组成，各折线可用不同线性方程表 示。如图8.2.12所示。
二 标准滞回环
一般将屈服点及极限点处的两种标准滞回环给出。 如图8.2.13所示。
四 恢复力特性曲线与抗震性能
结构或构件的抗震性能一般用以下几个方面表示：
①承载力 ②刚度 ③延性
④耗能
⑤抗倒塌能力
通过滞回特性曲线即可分析结构或构件的抗震性能优劣
因此研究恢复力特性曲线及性能非常重要。
8.3.2恢复力特性曲线的模型化
①恢复力特性曲线模型包括内容： 1）骨架曲线 2）滞回特性 3）刚度退化规律
1
p (1 p )
y py
py
（8.2.6）
η—常系数，根据材料特性的不同确定 ①γ=1时，为线弹性情况 ②γ→∞时，为理想弹塑性情况 ③γ值对结构动力反应有重要影响，较大的指数γ对应
于较高的滞回耗能和较大的塑性残余变形
参数γ对计算反应 和滞回形状的影响
二 克拉夫模型（Clough）
1. 退化双线性模型
三 刚度退化规律
①滞回环从屈服到极限之间各线段都是退化的 ②刚度退化随δ绝对值的增加而发展 ③为简化分析，一般刚度退化规律仅针对卸载段的刚度而言
四 恢复力模型建立
把骨架曲线、标准滞回环、刚度退化规律结合即可组成一个 较完整的恢复力模型。如图8.2.15所示。
五 实验拟合法建立恢复力模型的优缺点
kr pc py m c y y
③采用了较为复杂的主次滞回规律
（8.2.9）
④α值的影响不象克拉夫模型显著
四 其他非线性恢复力模型
8.3.4 双向恢复力模型
1 适用：空间受力状态
2 局限性：多维条件下的塑性理论尚不完善，研究带有较强 的假定性和近似性
3 研究方法： 1）塑性理论法 2）柱端并联弹簧模型 3）有限单元模型
一 双轴弯曲条件下的塑性力学模型
基本概念：采用比拟法，利用塑性力学构造双向恢复力关 系，即内力空间（Mx、My、P）来代替应力空 间（δx、δy、δt），相应地，以截面曲率来代替 应变。
1）加载曲面（如图8.2.25所示）
①受力阶段→弹性阶段→开裂阶段→屈服阶段→软化阶 段（钢 结构不考虑开裂阶段）
③初始开裂曲面→弯矩空间中，弹性阶段与开裂阶段的 分界曲面。
2）变形强化规则
3）塑性流动法则和本构关系 4）加、卸载条件 5）应用上述模型
的计算结果与
实验结果的对
比
二 柱端并联弹簧模型
1. 基本概念
用四个角部弹簧来模拟钢筋和混凝土的刚度，用一核 心弹簧来模拟柱核心受压钢筋混凝土的刚度，并在平截面 假定的前提下确定模型的主要参数。
主要适用以剪切变形为主的结构，如框架等。以 结构或构件开裂、屈服将骨架曲线分为三折线。其卸 载曲线可用指数曲线表示。
三 武田三线性模型（Takeda） 1）适用：以弯曲破坏为主的结构或构件 2）三线性模型分解
3）特点：（与克拉夫相比） ①考虑开裂所引起的构件刚度降低，骨架曲线取为三折线
②卸载退化刚度规律与克拉夫模型近似，取为
1）适用：钢ห้องสมุดไป่ตู้混凝土受弯构件
2）退化模型： kr ky m
3）特点：
y
α—刚度退化指数
①较好地反映了钢筋混凝土构件构件性能的影响
②次滞回规则和主滞回规则相同
③骨架曲线可根据实际需要取为平顶和坡顶两种，对坡顶
屈服后刚度常取屈服前刚度的5%~10%
克拉夫模型不同参数计算比较
2. 退化三线性模型
②确定恢复力模型的方法： 1）实验拟合法（目前采用的主要方法） 2）系统识别法 3）理论计算法 实验拟合法——根据实验散点图，采用一定的数学模型，
定量地确定出骨架曲线和不同控制下的标准滞回环；然后将 骨架曲线和各标准滞回环结合起来组成恢复力曲线。并利用 不同控制变形下的标准滞回环相比较确定反复加载时的刚度 退化规律。
第九讲
结构弹塑性反应分析（Ⅱ）
8.3恢复力模型的建立
8.3.1恢复力曲线的形式和特性
①恢复力—结构或构件在受扰力作用产生变形时企图恢复原
有状态的抗力
②恢复力曲线特性—恢复力和变形之间的关系曲线
③影响恢复力特性曲线形状的因素
1）材料性能 2）受力状态
④特性曲线的表示方式
1）M—θ
2）M—φ
3）P—Δ
4. 梁柱节点（见图8.2.5） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载4）“捏拢”现
象
5. 剪力墙 1）变形特点：弯曲 → 剪切 → 剪切滑移 2）滞回特性：棱形 → 反S形 → 弓形 → Z形
二 砌体结构 受力特点：在竖向荷载及水平荷载共同作用下处于双向受 力状态 破坏特点：循环往复荷载使墙体损伤逐渐积累，墙体沿裂 缝面的滑移，破坏形态主要受剪切摩擦机制的 影响控制 变形机制：开裂前变形模式呈剪切形 开裂后变形模式呈剪弯形 （见图8.2.6和8.2.7所示）
4）σ—ε
一 钢筋砼构件 1. 受弯构件（见图8.2.1；图8.2.2）
特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载4）“捏拢”现象
2. 压弯构件（见图8.2.3） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载 4）“捏拢”现象
3. 纯扭和压扭构件（见图8.2.4） 特点：1）加载 2）卸载 3）反向加载 4）“捏拢”现象
1）较为准确地反映了结构的主要滞回特征和骨架曲线 2）不能全面地反映地震作用的结构动力特性（如滞回 特性等）
8.3.3几种重要的恢复力曲线模型
一 兰伯格—奥斯古德模型（Romberg Osgood）
1. 适用： 1）土体 2）钢筋材料的非线性
2. 骨架曲线 由Py、Δy及形状指数γ等三个基本参数规定
三 钢结构构件
破坏特征： 1）整体或局部失稳 2）低周疲劳断裂
滞回特性： 1）滞回曲线较饱满 2）局部屈曲导致了强度大幅度退化 3）P—Δ效应引起负刚度影响 4）梁柱节点采用螺栓连接时，可能会因螺栓滑动使滞 回环呈滑移型 5）单杆支撑由于拉压受力性能改变而使得滞回环不对称 6）支撑形式不同对滞回环特性的影响很大 （见图8.2.8；图8.2.9；图8.2.10和8.2.11所示）
一 骨架曲线
滞回曲线上各滞回环最大峰值点的连线。此处采用无量纲坐 标，将实验数据在δ/δy—P/Py图上标出，即可得出经统计及模型 化后的骨架曲线，它由多折线组成，各折线可用不同线性方程表 示。如图8.2.12所示。
二 标准滞回环
一般将屈服点及极限点处的两种标准滞回环给出。 如图8.2.13所示。
四 恢复力特性曲线与抗震性能
结构或构件的抗震性能一般用以下几个方面表示：
①承载力 ②刚度 ③延性
④耗能
⑤抗倒塌能力
通过滞回特性曲线即可分析结构或构件的抗震性能优劣
因此研究恢复力特性曲线及性能非常重要。
8.3.2恢复力特性曲线的模型化
①恢复力特性曲线模型包括内容： 1）骨架曲线 2）滞回特性 3）刚度退化规律
1
p (1 p )
y py
py
（8.2.6）
η—常系数，根据材料特性的不同确定 ①γ=1时，为线弹性情况 ②γ→∞时，为理想弹塑性情况 ③γ值对结构动力反应有重要影响，较大的指数γ对应
于较高的滞回耗能和较大的塑性残余变形
参数γ对计算反应 和滞回形状的影响
二 克拉夫模型（Clough）
1. 退化双线性模型
三 刚度退化规律
①滞回环从屈服到极限之间各线段都是退化的 ②刚度退化随δ绝对值的增加而发展 ③为简化分析，一般刚度退化规律仅针对卸载段的刚度而言
四 恢复力模型建立
把骨架曲线、标准滞回环、刚度退化规律结合即可组成一个 较完整的恢复力模型。如图8.2.15所示。
五 实验拟合法建立恢复力模型的优缺点
kr pc py m c y y
③采用了较为复杂的主次滞回规律
（8.2.9）
④α值的影响不象克拉夫模型显著
四 其他非线性恢复力模型
8.3.4 双向恢复力模型
1 适用：空间受力状态
2 局限性：多维条件下的塑性理论尚不完善，研究带有较强 的假定性和近似性
3 研究方法： 1）塑性理论法 2）柱端并联弹簧模型 3）有限单元模型
一 双轴弯曲条件下的塑性力学模型
基本概念：采用比拟法，利用塑性力学构造双向恢复力关 系，即内力空间（Mx、My、P）来代替应力空 间（δx、δy、δt），相应地，以截面曲率来代替 应变。
1）加载曲面（如图8.2.25所示）
①受力阶段→弹性阶段→开裂阶段→屈服阶段→软化阶 段（钢 结构不考虑开裂阶段）