强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

强地震前后重力观测中异常变化现象的研究（精选2篇）

篇1：强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

分析了2001年昆仑山口西Ms8.1地震和2004年印尼Ms8.9地震前后部分重力观测的变化,对这些采样间隔在1分钟以下的重力数据进行了高通滤波和频谱分析.结果表明,在昆仑山口西Ms8.1地震前,乌鲁木齐和库尔勒观测台在二个时段分别同步出现了异常变化.一次是在2001年11月3～5日,另一次在2001年11月11～13日;这二次异常都表现为颤动信号的出现,而且后一次的强度要大于前一次;颤动信号的周期主要集中在几十分钟.印尼Ms8.9地震前,这二个台也记录到类似的`异常信息,但颤动的幅度很小;同时武汉观测台的超导重力仪也记录到了颤动信号,该信号一直持续到地震的发生.这些信息对于识别、认识慢地震,进而探索与强地震发生之间的关系具有重要意义.

作 者：王武星 马丽 黄建平WANG Wu-Xing MA Li HUANG Jian-ping 作者单位：王武星,黄建平,WANG Wu-Xing,HUANG Jian-ping(中国地震局地震预测研究所,北京,100036;中国科学院研究生院计算地球动力学重点实验室,北京,100049)

马丽,MA Li(中国地震局地震预测研究所,北京,100036)

刊 名：地震 ISTIC PKU英文刊名：EARTHQUAKE年，卷(期)：200727(2)分类号：P315.7关键词：重力观测 高通滤波 频谱 颤动信号 慢地震

篇2：强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

现行水利工程规范对正常使用极限状态可靠度指标值没有明确规定。参照《结构可靠性总则》[4]对正常使用极限状态的指标规定,应用可靠度的概念,采用响应面法和蒙特卡罗法相结合的混合模拟法[5](HSM)拟和坝顶观测点水平位移的响应方程并确定坝顶观测点满足安全标准β=4.2和β=1.5的最大水平位移,可以在工程建成之前进行水平位移的安全预测,为大坝以后的安全运行管理提供一定依据。

1 可靠度基本理论及研究方法

可靠度为在规定的时间和规定的条件下完成预定功能的概率,表示为ps,则失效概率为pf=1-ps。结构功能函数表示为Z=R-S,Z<0为失效,Z>0为安全,Z=0为极限状态。假设R和S均服从正态分布,则功能函数Z=R-S也服从正态分布,其平均值和标准差分别为μZ及σZ,定义,而可靠度指标β与失效概率Pf的关系为Pf=Φ(-β)。

响应面法是一种采用有限量的实验,通过回归拟和解析表达式Z=g'(X)代替真实的极限状态曲面Z=g(X),把功能函数近似地表示为随机变量的显式形式的方法。Monte Carlo法是通过把抽样点代入极限状态方程,计算极限状态方程Z<0的概率,是当前最为准确的方法。Monte Carlo法和响应面法是求解可靠度问题的两种有效方法,把两者结合既能得到相对精确解又可节省大量计算时间,称为混合模拟法。本文采用此方法进行可靠度的计算。

2 重力坝变形检测内容选择

对混凝土重力坝变形观测主要项目有垂直位移、水平位移变化及构件伸缩缝观测。相对混凝土应力、钢筋应力、温度(廊道内)测量等内部变形观测,这些都属外部观测。水平位移观测通常是在坝顶表面或廊道内设置适当数量的测点,观测其平面位置的变化,位移标点的间距一般按每个坝段埋设一个标点[6]。

本文选取坝段三维有限元模型坝顶中部距上游面1.5 m处的点作为设计观测点。对此点的水平位移拟和关于各随机变量的响应方程,并在此方程上执行蒙特卡罗模拟得到本点的随机响应,用于可靠度计算。

3 实例分析与讨论

某混凝土砌石重力坝,坝顶全长226.0 m,最大坝高87.0 m,坝顶宽12.0 m,全坝共分10个坝段。本计算剖面取自第4坝段,其材料分区见图1。坝基弹模E=5.75×104 MPa,泊松比为μ=0.3。计算三维有限元模型网格采用8节点六面体等参元,共划分15 928个单元,有限元模型见图2。计算采用的各基本随机变量统计特性是根据水库管理局提供的水位观测资料及工程局提供的上坝材料物理参数指标,并参考文献[7,8]通过数理统计、工程类比的方法求得。可靠度计算的各基本随机变量统计特性见表1。

本文利用包含交叉项的二次多项式对观察点的水平位移进行响应面回归拟和,得到观察点的水平位移关于随机变量的方程为:

对此响应面方程进行100万次直接蒙特卡罗模拟,得到观测点的水平位移功能函数的分布特征图3。观测点水平位移功能函数的累积分布函数曲线为图4。

按照《水工统标》规定,混凝土重力坝破坏类型属一级建筑物第二类破坏,其承载能力极限状态持久状况的目标可靠度指标β=4.2。因Pf=Φ(-β),则此水平位移功能函数的允许失效概率为0.000 013 35。那么观测点不超过预定水平位移的概率为0.999 986 65。按此概率根据模拟结果的累积分布函数,反算得观测点的最大允许水平位移为0.0 291 m,即29.1 mm。

本文的主要目的是为检测大坝安全提出一定的预警作用,按正常使用极限状态设计,参照文献[4]的规定,对于可逆的正常使用极限状态,目标可靠指标为β=0,对于不可逆的正常使用极限状态其目标可靠度指标β=1.5。本文采用不可逆正常使用极限状态的可靠度指标β=1.5为限值,对应的失效概率为Pf=0.066 81,可靠概率为0.933 19,对应的观测点的最大水平位移为0.014 2 m,即14.2 mm。

敏感性分析,由图5可以看出,对坝顶观测点水平位移最敏感的因素是上游水位H1,各材料弹模也有影响。

4 结语

1)按承载能力极限状态,混凝土重力坝破坏类型属一级建筑物第二类破坏,可靠度指标为β=4.2,反算得到对应此可靠度指标的坝顶观测点最大位移为29.1 mm。

2)按正常使用极限状态,采用不可逆的正常使用极限状态的目标可靠度指标β=1.5,反算得坝顶观测点的最大允许位移为14.2 mm。

因此,应对上游水位密切关注,特别是如观测点的水平位移接近或者达到14.2 mm时,应采取及时有效的措施消除危害以防出现险情。同时为重力坝水平位移最大值允许值的确定提供了一种方法。

参考文献

[1]中华人民共和过国家标准.《水利水电工程可靠度设计统一标准》(GB 50199—94).北京:中国计划出版社,1994

[2]郝志强,武亮,姚激.基于有限元方法的重力坝强度可靠度计算.水利与建筑工程学报,2009;7(1):120-126

[3]熊铁华、常晓林.响应面法在结构体系可靠度分析中的应用.工程力学,2006;23(4):58-60

[4]结构可靠性总则,ISO 2394:1998.陈定外,译,何广乾,校.中国工程建设标准化协会,建设部标准定额站,1999

[5]张伟.结构可靠性理论与应用.北京:科学出版社,2007

[6]赵朝云.水工建筑物的运行与维护.北京:中国水利出版社,2005

[7]吴世伟,张思俊,余强.坝上游水位变化规律及统计量.华东水东学院学报,1984;(4):36-42