规范化的人工地震波

1.1设计加速度过程线依据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，50年超越概率为10%时，工程区地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相应地震基本烈度为7度。

场地土属中软场地土，场地类别为Ⅱ类。

根据（DL5073-2000）《水工建筑物抗震设计规范》的规定，本工程壅水建筑物抗震设防类别为乙类，设计烈度按7度取。

参考工程地质报告，本课题选取美国Taft地震波、人工地震波与实测地震波共三条地震波进行分析。

Taft地震波，1952年7月21日发生于美国的加利弗里亚州地震（California Earthquake，震级7.4级），是位于加州Kern County林肯学校的No.1095地震台测得的地震记录，该记录地距震中约43.5 km。

地震仪设于学校附近一隧洞混凝土地板上，测得完整的三向地震波，记录长达54 s，最大地震加速度175.9 cm/s2，最大速度17.7 cm/s，最大位移9.15 cm。

Taft 地震波由于记录完整、数据可靠，在国际地震工程界被广泛引用。

本报告中将其峰值加速度调整至0.15 g得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。

计算地震时长20 s，时间步长为0.02 s，各方向地震波时程如图1.1-1至图1.1-3所示。

人工地震波，是根据《水工建筑物抗震设计规范》选取规范标准反应谱为目标谱生成。

人工波生成时，迭代误差取为5%，其中特征周期Tg按照基岩场地取0.3 s，反应谱最大值的代表值βmax取为2，设计加速度代表值为0.15 g。

由此得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

1996年8月Journal o f Fuzhou U niversity(Natural Science)Aug.1996人工合成地震波的研究黄朝光　彭大文(福州大学土木建筑工程系,福州,350002)摘　要　从工程实际出发,选定具有均匀分布的随机相角余弦函数的线性叠加作为数学模型来合成与所需要求符合的地震波.它不仅能满足地震波的三要素,而且与现行规范的反应谱方法相衔接.本文根据提出的数学模型编制了相应的计算程序,并应用于工程实例中.关键词　地震波;人工合成;三角级数;标准反应谱1　概述对重要的建筑物、大跨桥梁和其它特殊结构物采用多节点多自由度的结构动力有限元分析时,往往是把地震强迫振动的激振-地震加速度时程直接输入,对结构进行地震的时程反应分析.这种动态时程的分析方法可以考虑各种不同因素,使结构抗震计算分析的结果更加符合实际震害现象,也使结构工程师更清楚结构地震动力破坏的机理和正确提高结构抗震能力的途径.但结构动力时程分析的可靠性不仅取决于结构计算模型的合理和计算方法的精确,而且与所使用的地震输入即地震波的选用有直接关系.因此,对于时程分析法而言,合理选择适宜的地震波是极为重要的.地震作为一种自然现象,无论其规模、产生概率以及地震的波形特征都具有其随机性.目前国内外已经积累了一定数量的强震记录可供时程分析选用.这些记录由于能真实反映地震动的特点,已被广泛应用于重要工程的抗震设计.然而,天然的强震记录毕竟数量有限.这不能完全满足工程实际的需要,这就使得地面运动的人工模拟成为地震工程中十分重要的研究领域之一.本文从工程实际出发,选定具有均匀分布的随机相角余弦函数的线性叠加作为数学模型,合成与所需要求符合的地震波.它不仅能满足地震波的三要素,而且与现行规范的反应谱方法相衔接,可以提供工程实践使用.2　地震波的输入多自由度体系结构分析中,水平地面运动作用下的运动方程可写为:[M]{x}+[C]{x}+[K]{x}=[M]{I}x g(1)式中:[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{x}为相对位移向量;x g为地面运动加速度.对结构进行时程分析时,应在时域内对微分方程式(1)进行逐步直接积分,这就需要输入一个地震加速度时程.这个加速度时程一般可以采用以下3种方法输入:1)直接记录到的地震波.本文收到日期:1995-12-31黄朝光,男,1970年出生,研究生本研究得到福建省自然科学基金资助 2)选用类似场地条件的实测地震记录,通过调整加速度幅值和时间尺度修正其频谱,以适应实际场地处的抗震要求.3)以一定原则生成的人工地震波.所谓直接记录到的地震波是把一些著名的强震记录作为输入波,如ElCentro 记录,T aft 记录,Oly mpia 记录等.但是,随着对地震波三要素(最大峰值、频谱特性、持续时间)的深入理解,越来越注意场地条件、传播途径、震源距离、震级等因素的影响,力求所选用的记录波三要素与当地估计的地震波三要素相吻合.一般在时程分析中,要得到符合场地的记录地震波,可对相近的地震波进行调整加速度幅值和时间尺度,修正其频谱.2.1　地震波加速度振幅的缩放设某一地震记录x S (t ),其峰值加速度a S max ,现需调整到峰值加速度a max 的地运动.令:B =a max /a S max(2)则:x (t )=B x S (t )(3)x (t )将具有所要求的峰值加速度a max ,其频谱特性和持续时间与x S (t )无任何改变,仅强度发生了B 倍变化.2.2　地震波卓越周期的调整设地震加速度记录x S (t ),其加速度反应谱为S a S (T ),通过缩放因子A (A >0)可得:x (t )=x S (A t )(4)S a (T )=S a S (A T )(5)式(5)表明,当地面运动加速度记录沿时间轴以因子A 压缩(A >1)或拉伸(A <1)时,其对应的加速度反应谱周期轴以相同的比例压缩或拉伸,地震波持续时间也以相应比例压缩或拉伸.上述方法虽然简单,但毕竟比较粗略,事实上,由于地震记录受震源、传播介质、场地条件等各种因素的影响,具有很大的不确定性.即使在同一地点,在先后发生的不同地震中所记录的加速度时程曲线的形状,大小及对应的反应谱的特征也不可能一样.为此本文根据《建筑工程抗震设计规范》(GBJ11-89)的规定,通过数值方法生成人工合成地震波.3　人工合成地震波人工合成地震波的理论和技术近20多年来已得到很快的发展〔1～5〕,成为地震工程理论研究和工程抗震设计的有力工具.至今为止,被用来合成人工地震波的方法很多,但大体上可分为两类:一类是把地震看成不同频率的具有随机相角的迭加;另一类是把地震看成具有一定幅值的随机脉冲(D 函数)的迭加.至于所采用的随机数学模型,可以把地震看成由一个确定的时间强度函数和一个平稳的高斯过程相乘的非平稳过程.本文从工程实际出发,把地震看成不同频率的具有随机相位角的三角级数的迭加,采用快速傅里叶变换(FFT)技术,生成拟合反应谱的人工地震波.它不仅能满足地震波的三要素,而且与现行的反应谱方法相衔接,更为方便的是可以通过改变初相角的初值模拟地震的随机性.3.1　三角级数模型三角级数模型的余弦函数可设为:・83・第4期黄朝光等:人工合成地震波的研究　A (t )=∑n k =1C k cos(X kt +W k )(6)式中:X k 与C k 分别为第k 个傅里叶分量的频率和振幅,W k 为初相位角,取(0,2P )间均匀分布的随机数.对于给定的功率谱密度函数S S (X )而言,C k 与X k 可由下式确定:C k =[4S S (X k )õ△X ]1/2△X =(X u -X )l )/NX k =X l +(k -12)△X (7)式中:X u 、X S 分别为正X 域内上、下限值.为了产生一组与给出标准谱拟合的地面加速度过程,常用一个包络函数f (t )乘以平稳过程a (t),得到一个非平稳过程.x (t )=f (t )õa (t )(8)式(8)即为所用的人工地震波三角级数模型.f (t)是加速度幅值的包络线,通常采用下述表达式[5]:f (t )=t 2/t 21(0≤t ≤t 1)1 (t 1≤t ≤t 2)e -c (t -t 2)(t 2≤t ≤t 3)0 (t 3<t <T )(9)式中:c 为衰减常数,取值常为0.1～1.0;t 1、t 2和t 3根据不同实际情况取值;T 为分析时段总长.3.2　由标准反应谱拟合功率谱把地震看成是平稳随机过程时,加速度反应谱就是在这一过程中,单自由度弹性体系的加速度最大值在某一概率上不同周期点的连线.地震波的功率谱,则是其自相关函数的傅里叶变换.反应谱的拟合,就是使式(8)产生的地面运动x (t )的反应谱与指定的反应S T A (X )(常称目标谱)一致.本文采用平稳过程反应谱与功率谱的近似关系[6]:S x (X k )=2N P X k [S T a (X k )]2õ{-2ln[-P X k T d ln p ]}-1(10)式中:N 为阻尼比;T d 为地震动持续时间;p 为反应不超过反应谱值的概率.3.3　快速傅里叶转换(FFT )采用三角级数直接求和的方法计算A (t )时,频率增量△X 的确定与时间步长△t 的确定是完全独立的.在利用FFT 时,离散时间点的总数和离散频率的总数相等,有着一一对应关系.因此,要注意下列一些参数的取值.1)频率间距△X 的确定.△X 由所需要拟合的反应谱坐标(也称控制点坐标)而定.为了使迭代不出现反复,△X 应取足够小,使得每一坐标T i 两侧,即在(T i-1,T i )和(T i ,T i+1)范围内有足够数量的三角级数,以提高频率的分辨率.欲使X m 、X m-1之间有不少于两项・84・　福州大学学报(自然科学版)第24卷三角级数,需满足△X ≤X m-1-X m 3=23P (1T m-1-1T m),若设T m =3s ,T m-1=2.7s ,则△X ≤0.0123(2P ).2)分析总时段T 的确定:△X =2P /T(11)式中如取△X =0.0123(2P ),则T=81.30s .3)三角级数项数N 的确定:T =N △t (12)式中:△t 为时间步长,它由动力分析的稳定性所确定.从理论上讲,△t 越小,算法的稳定越好.如取△t =0.01,则由N =T /△t 可知N 为8130.但在FFT 算法中要求N 为2的整数次幂,即N=2L @,这里的L 应为13,因此N=213=8192.由于地面运动持续时间T d 一般小于80s ,所以在包络函数f (t )中设置了t 3～T 的加零段,这是为了提高频率分辨率,即减小△X 的需要.从上可知,N 与T 主要由△X 和△t 根据式(11),(12)和N =2L的关系所决定的.计算表明:△X 越小,在两控制点之间的三角级数项越多,迭代修正的效果越好;当控制周期在5.0～1.05s 时,可取5项三角级数;当控制周期在1.0～0.55s 时,可取7项;当控制周期在0.5～0.05s 时,取11项.4　计算程序的编制及计算实例4.1　程序的主要参变量程序采用《建筑抗震设计规范》(GBJ 11-89)的标准设计谱作为目标谱.在程序的编制过程中,考虑了反应谱与目标谱拟合过程的误差控制,计算结果表明,经过10次左右迭代,可以把各个控制点周期的反应谱误差控制在5%以内.根据有关文献的建议,对于柔性长周期结构一般选择20s 的地震动持续时间较为合适[7].由上述原则产生的人工地震波,在单塔悬索桥地震反应分析实例中,达到了预期的效果.程序中考虑以下主要参数量:LD -烈度,可输入6、7、8、9中任一值,分别代表6、7、8、9度地震.SJLD -输入1、2、3中任一值,可分别代表小震烈度、设防烈度、大震烈度.CDLB-场地类别,可输入1、2、3、4中任一数,分别代表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地.JZYZ -可输入0或1,分别代表近震和远震.T 1、T 2、T 3-时间包络线f (t )的3个控制值.C-时间包络线f(t)的衰减常数.ZN -阻尼N.IX -随机数,不同的初值IX 可产生一组不同的随机相角,从而产生具有共同的反应谱特性和包络特性但相角不同的人工地震波,以此模拟地震的随机性.IX 的产生采用同余法,IX 值在1～65535.・85・第4期黄朝光等:人工合成地震波的研究　图1计算了不同时间强度的人工波,其中,图1(a)为振动型人工波.图1(b)为冲击型人工波.图2计算了不同场地的7度人工波,其中,(a )、(b )、(c )、(d )分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地.图3计算了近震、远震的人工波.(a )远震人工地震波 (b)近震人工地震波图3　远、近震人工地震波・86・　福州大学学报(自然科学版)第24卷4.2　计算实例图4为福建省沙县单塔悬索桥,该桥桥长为112m ,桥宽为7.3m +2×1.5m ,垂跨比1/10;主索截面积0.05954m 2,吊索截面积0.00397m 2,弹性模量E c =1.96×108kN /m 2.钢筋砼加劲桁架及桥面系单位长度的质量5528kg /m ,弹性模量E b = 3.52×107kN /m 2.扭转弹性模量1.512×107kN /m 2.根据等代梁法计算,加劲桁架的竖向抗弯惯矩为1.045m 4,横向抗弯惯矩为5.743m 4,抗扭惯矩E t =3.0689m 4,截面积为1.2232m 2.由于塔底嵌固于基岩层,可视为固定端,主缆锚固于两岸的墩台上,也处理为固结.场地类型定为Ⅰ类,7度设防.计算中全桥分为189个结点,242个单元.图6　单塔悬索桥塔顶纵横向位移响应 图7　单塔悬索桥塔根纵横向位移响应・87・第4期黄朝光等:人工合成地震波的研究　图5是沙县悬索桥跨中纵横向的弯矩响应和剪力响应图.图6是沙县悬索桥塔顶的纵横向位移响应图.图7是塔根的纵横向弯矩响应图.计算表明,该桥具备7度抗震能力.5　结语从工程实际出发,把地震看成不同频率具有随机相位角的三角级数的迭加,采用快速傅里变换(FFT )技术,生成拟合反应谱的人工地震波.它不仅能满足地震波的三要素,而且与现行的反应谱方法相衔接,更为方便的是它可以通过改变初相角的初值模拟地震的随机性.计算实例表明,根据工程场地的具体情况,可以方便地产生符合设计要求的人工合成地震波.只要选用的参变量合理,可以得到比目前常用的天然地震记录更理想的计算结果.因此对重要工程进行抗震设计时,如果得不到该场地上与预测地震同震源的历史记录,采用对应于标准反应谱的人工合成地震波是可行的.参考文献1　宋雅桐.人造地震波的研究.南京工学院学报,1980(2):80～882　陈永祁.拟合标准反应谱的人工地震波.建筑结构学报,1981(4)34～423　陈永祁.人工地震波在结构抗震设计中的使用.建筑结构学报,1982(6):59～684　项海帆.规范化的人工地震波.同济大学学报,1985(4):1～105　刘小弟.具有天然地震特征的人工地震波研究.工程抗震,1992(3):33～366　吴育才,黄宗明,王金海.单层厂房震例及其应用.济南:山东科学技术出版社,1991.59～677　李国豪.桥梁结构稳定与振动.北京:中国铁道出版社,1992.501～569A St udy of Artificial Combinat ion Earthquake WavesHuang Chao guang Peng Daw en(Depar tment of Civil and A r chitectural Engineer ing ,Fuzhou U niv ersit y ,F uzho u ,350002)A bstr act In this paper ,based on t he actual engineer ing ,liner methods o f super position with a stochastic phase a ng le co sine funct ion o f unifor m distr ibutio n are selected as a m athematial mo del t o be co mbined int o ear thquakewav es to meet the needs of the a ct ual eng ineering.T he model not only is a ble t o meet t he thr ee es-sential fa ct or s o f the ear thquake wa ve ,but is linked up with the response spectr um method in curr ent code .Ba sed o n the mat hem atical patter n o ffered ,the co r responding pr og ra m ,which has being applied to actual en-gineeing ,is dr awn up.K eyw or ds ear thquake w aves;a rtificial combination;tr ig ono metric ser ies;st andar d r espo nse spect rum ・88・　福州大学学报(自然科学版)第24卷。

规准化场地地震动反应谱谱参数1. 引言1.1 研究背景地震动反应谱是描述地震动对结构物产生影响的重要参数，对于工程领域的地震设计和抗震分析具有重要意义。

规范化场地地震动反应谱是指在考虑地震动波形、震源距离等因素的影响后，将地表地震动反应谱进行标准化处理，得到的反应谱曲线。

在地震工程领域，研究规范化场地地震动反应谱参数具有重要意义。

规范化场地地震动反应谱参数可以反映地震动频率和幅值之间的关系，帮助工程师更好地理解地震动作用于结构物的特性。

规范化场地地震动反应谱参数可以用于地震设计规范的制订和修订，为工程建设提供重要依据。

规范化场地地震动反应谱参数还可以用于工程结构的抗震设计和性能评估，提高结构物的抗震能力。

深入研究规范化场地地震动反应谱参数及其影响因素，对于提高工程结构的抗震性能和减轻地震灾害具有重要意义。

【研究背景】部分将重点探讨规范化场地地震动反应谱的相关基础知识，为后续内容的展开提供必要基础。

1.2 研究目的研究目的是为了深入理解规范化场地地震动反应谱谱参数的意义和计算方法，探讨其在工程实践中的应用及影响因素。

通过对规范化场地地震动反应谱参数的研究，可以更好地评估结构在地震作用下的响应，为工程设计和抗震加固提供科学依据。

通过总结规范化场地地震动反应谱参数的特点和规律，为今后的地震工程研究和实践提供参考和借鉴。

未来的研究方向包括进一步完善规范化场地地震动反应谱参数的计算方法，探讨不同地震动特征对参数的影响以及拓展其在不同工程场景下的应用。

通过深入研究规范化场地地震动反应谱参数，可以提高工程抗震性能，减少地震灾害带来的损失，促进地震工程领域的发展。

2. 正文2.1 规范化场地地震动反应谱简介规范化场地地震动反应谱是指将实际场地地震动反应谱进行规范化处理，以消除场地效应和地震动强度的影响，得到一种标准化的地震动反应谱。

规范化场地地震动反应谱可以用于不同场地条件下的地震动响应分析，是工程设计和地震灾害评估中重要的参考依据。

FLAC3D动力分析中的人工透射边界和地震波施加方法从动力学的角度上看，动力响应是确定惯性（质量效应）和阻尼起着重要作用时质点或质点系动力学特性和响应的技术，它包括自振、冲击、谐振动、随机振动等分支。

动力学最早应用于结构抗震设计，自上世纪50年代逐步借鉴到岩土抗震设计中。

动力发展历程可总结为静力理论，反应谱理论和时程分析理论三个阶段。

我们知道，地震的三要素为振幅、频谱和持时。

静力理论只考虑了地震引起的最大振幅，属于拟静力法；反应谱理论考虑了振幅和频谱，但在设计中仍然把地震惯性力视为静力，只能算准动力法；时程分析理论考虑了振幅、频谱和持时，是严格意义上的动力分析法。

通常时程动力分析选用的地震波来自：（1）根据设计反应谱人工合成的场地波；（2）场地附近地震台记录的实测地震波。

由于实测地震波中掺杂了许多噪声和干扰信号，因此在使用前必须滤波去噪、频谱分析、积分变换和基线修正。

滤波去噪是为了消除噪声和高频波，频谱分析是为了检测地震波持时内所含的频率分量和振幅，积分变换可以转换地震加速度波为速度波或位移波，基线修正则是为了消除非平稳地震波中的弹性位移零线漂移、基线偏移等现象，大崎顺彦在其著作《地震动的谱分析入门》中做了详细而生动的说明，并附出了地震波处理的Fortran源程序。

鉴于FLAC3D软件是岩土领域广泛应用的时程动力分析软件，这里以著名的埃尔森特罗波（El Centro）为输入激励，研究基于FLAC3D软件的地震波处理和计算方法。

网站“http://www. /data.htm”提供了31秒的El Centro加速度波数据。

有兴趣者可按《地震动的谱分析入门》的方法选取了前8秒的地震加速度波（共401个记录），然后补零配成了512个记录的加速度波以采用快速傅里叶变换法，首先采用FLAC3D Fish函数库的filter函数进行滤波去噪，然后采用fft函数进行快速傅里叶变换，得到傅里叶加速度谱和功率谱，接着采用integrate函数积分两次求得速度波和位移波，并计算地震位移零线漂移值。

反应谱生成人工地震波一、软件SIMQKE_GR使用说明1.先安装程序2.使用方法双击，打开程序，可以得到如图1界面。

图1 程序开始界面如图1所示，由于程序本身提供的反应谱是适用于欧洲规范的，不适合于我国的规范反应谱，因此不能通过调整参数来获得符合我国规范的反应谱。

可以采用导入的方法来输入反应谱。

3.点击菜单栏“file”—“Import spectra data”，出现打开对话框，如图2所示，要求打开一个已经存在的反应谱文件（如 1.srf）。

图2 导入反应谱文件对话框4.文件格式如下所示（红字部分不能修改，注意反应谱单位为g），下面部分可以替换。

response spectrumtime(s) acc(g)0 0.12150.01 0.136350.02 0.15120.03 0.166050.04 0.18090.05 0.195750.06 0.21060.07 0.225450.08 0.24030.09 0.255150.1 0.270.15 0.270.2 0.270.25 0.270.3 0.270.35 0.270.4 0.270.45 0.270.5 0.2430.6 0.20250.7 0.173571429 0.8 0.1518750.9 0.1351 0.12151.1 0.110454545 1.2 0.101251.3 0.093461538 1.4 0.086785714 1.5 0.0811.6 0.0759375 1.7 0.071470588 1.8 0.06751.9 0.0639473682 0.060752.1 0.057857143 2.2 0.055227273 2.3 0.052826087 2.4 0.050625 2.5 0.04862.6 0.046730769 2.7 0.0452.8 0.0433928572.9 0.0418965523 0.04053.1 0.039193548 3.2 0.03796875 3.3 0.036818182 3.4 0.035735294 3.5 0.034714286 3.6 0.033753.7 0.032837838 3.8 0.0319736843.9 0.0311538464 0.0303754.1 0.029634146 4.2 0.028928571 4.3 0.028255814 4.4 0.027613636 4.5 0.0274.6 0.026413043 4.7 0.025851064 4.8 0.02531255 0.02435.1 0.023823529 5.2 0.023365385 5.3 0.022924528 5.4 0.02255.5 0.022090909 5.6 0.021696429 5.7 0.021315789 5.8 0.0209482765.9 0.020593226 0.020256.1 0.019918033 6.2 0.019596774 6.3 0.019285714 6.4 0.018984375 6.5 0.018692308 6.6 0.018409091 6.7 0.018134328 6.8 0.0178676476.9 0.0176086967 0.0173571437.1 0.017112676 7.2 0.016875 7.3 0.016643836 7.4 0.016418919 7.5 0.01627.6 0.015986842 7.7 0.015779221 7.8 0.0155769237.9 0.0153797478 0.01518758.1 0.0158.2 0.014817073 8.3 0.014638554 8.4 0.014464286 8.5 0.014294118 8.6 0.014127907 8.7 0.013965517 8.8 0.0138068188.9 0.0136516859 0.01359.1 0.013351648 9.2 0.0132065229.4 0.0129255329.5 0.0127894749.6 0.012656259.7 0.0125257739.8 0.0123979599.9 0.01227272710 0.01215选择桌面上的“1.srf”文件，打开后的程序界面如图3所示：图3 打开反应谱文件1.srf文件后的程序界面点击图3中的“SIMQKE”按钮，得到如图4所示的界面。

论地震勘探中的几种主要地震波论文提要地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种方法。

也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息，用以推断地下的底层构造和岩性。

地震勘探在勘探已有的各种物探方法中，是最有效地方法。

在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后会产生各种各样的地震波。

按波在传播过程中质点震动的方向来区分，可以纵波和横波；根据波动所能传播的空间范围而言，地震波又可以分为体波和面波；按照波在传播过程中的传播路径的特点，又可以把地震波分为直达波、反射波、透射波、折射波，等等。

地震勘探在石油勘探中除了能产生来自地层界面有用的反射波外，还会产生各种各样的干扰波。

因此，我们要更好的了解各种波的产生、特点、用途，等等。

下面简单介绍几种地震勘探中产生的地震波。

正文一、反射波（一）反射波的形成1、几何地震学的观点当炸药在井中爆炸激发地震波时，在雷管引爆几百微妙之内爆炸便完成了，在接近爆炸点的压强是一个延续时间很短的尖脉冲，爆炸脉冲向外传播，压强逐渐减少，地层开始产生弹性形变，形成地震波。

地震波继续传播，由于介质对高频的吸收，地震波信号减小。

当波入射到两种介质的分界面时（当上层介质波阻抗与下层介质波阻抗不等时，弹性地震波才会发生反射；上层介质波阻抗与下层介质波阻抗差别越大，反射波越强——反射波条件），一部分波回到第一种介质中，这就是所谓的反射波。

如图所示2、物理地震学观点地震波从震源出发以球面波的方式向下传播，到达反射界面S，S可以就看成有许多小面积元△S组成，当△S的大小线变接近地震波的波长时（地震波的波长一般是70米——100米），每个这样的小面积元都可以看成一个绕射体，根据惠更斯原理，把每个小面积元看作一个新的点震源，从新震源发出的一系列球面子波想四面八方传播，对地面上某个接收点P来说，他所收到的反射波就是来自S面上的每个小面积元产生的绕射波在P 点叠加的结果。

1.1设计加速度过程线依据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，50年超越概率为10%时，工程区地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相应地震基本烈度为7度。

场地土属中软场地土，场地类别为Ⅱ类。

根据（DL5073-2000）《水工建筑物抗震设计规范》的规定，本工程壅水建筑物抗震设防类别为乙类，设计烈度按7度取。

参考工程地质报告，本课题选取美国Taft地震波、人工地震波与实测地震波共三条地震波进行分析。

Taft地震波，1952年7月21日发生于美国的加利弗里亚州地震（California Earthquake，震级7.4级），是位于加州Kern County林肯学校的No.1095地震台测得的地震记录，该记录地距震中约43.5 km。

地震仪设于学校附近一隧洞混凝土地板上，测得完整的三向地震波，记录长达54 s，最大地震加速度175.9 cm/s2，最大速度17.7 cm/s，最大位移9.15 cm。

Taft地震波由于记录完整、数据可靠，在国际地震工程界被广泛引用。

本报告中将其峰值加速度调整至0.15 g得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

横河向、顺河向和竖直向输入加速度之比为3:3:2。

计算地震时长20 s，时间步长为0.02 s，各方向地震波时程如图1.1-1至图1.1-3所示。

人工地震波，是根据《水工建筑物抗震设计规范》选取规范标准反应谱为目标谱生成。

人工波生成时，迭代误差取为5%，其中特征周期T g按照基岩场地取0.3 s，反应谱最大值的代表值βmax取为2，设计加速度代表值为0.15 g。

由此得到设计地震加速度过程线进行动力反应分析，通过SHAKE91程序反演后，坝基水平向基岩地震波峰值为0.12 g，竖直向基岩地震波峰值为0.08 g。

论地震勘探中的几种主要地震波论文提要地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种方法。

也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息，用以推断地下的底层构造和岩性。

地震勘探在勘探已有的各种物探方法中，是最有效地方法。

在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后会产生各种各样的地震波。

按波在传播过程中质点震动的方向来区分，可以纵波和横波；根据波动所能传播的空间范围而言，地震波又可以分为体波和面波；按照波在传播过程中的传播路径的特点，又可以把地震波分为直达波、反射波、透射波、折射波，等等。

地震勘探在石油勘探中除了能产生来自地层界面有用的反射波外，还会产生各种各样的干扰波。

因此，我们要更好的了解各种波的产生、特点、用途，等等。

下面简单介绍几种地震勘探中产生的地震波。

正文一、反射波（一）反射波的形成1、几何地震学的观点当炸药在井中爆炸激发地震波时，在雷管引爆几百微妙之内爆炸便完成了，在接近爆炸点的压强是一个延续时间很短的尖脉冲，爆炸脉冲向外传播，压强逐渐减少，地层开始产生弹性形变，形成地震波。

地震波继续传播，由于介质对高频的吸收，地震波信号减小。

当波入射到两种介质的分界面时（当上层介质波阻抗与下层介质波阻抗不等时，弹性地震波才会发生反射；上层介质波阻抗与下层介质波阻抗差别越大，反射波越强——反射波条件），一部分波回到第一种介质中，这就是所谓的反射波。

如图所示2、物理地震学观点地震波从震源出发以球面波的方式向下传播，到达反射界面S,S可以就看成有许多小面积元A S组成，当A S的大小线变接近地震波的波长时（地震波的波长一般是70米一—100米），每个这样的小面积元都可以看成一个绕射体，根据惠更斯原理，把每个小面积元看作一个新的点震源，从新震源发出的一系列球面子波想四面八方传播，对地面上某个接收点P来说，他所收到的反射波就是来自S面上的每个小面积元产生的绕射波在P 点叠加的结果。