地震作用个方向效应为什么要组合 地震作用效应和其他荷载效应的基本组合

隔震体系通过延长结构的自振周期能够减小结构的水平地震作用从而减轻或消除结构和非结构的地震损坏。隔震体系由隔震层(包括隔震支座)、隔震层以上结构和以下结构组成,这。。

有地震作用效应组合和无地震作用效应组合的区别

地震组合检波是将多个检波器串连或并连在一起接收地震波的方法,也称为地震组合法。

地震组合法是利用干扰波与有效波的传播方向不同(第二类方向特性)压制干扰波的一种有效方法。它主要用于压制面波之类低视速度规则干扰及无规则的随机干扰。组合法除将多个检波器接收构成一个地震道的输入外,还可将多个震源同时激发构成一个总震源,前者称为检波器组合,后者称为震源组合。按照互换原理,震源组合与检波器组合的原理是等价的。因此,我们以检波器组合法为例讨论地震组合法原理。在实际生产中,检波器组合形式多样,有线形组合、面积组合、等灵敏度组合、不等灵敏度组合等等,但大都以简单线性组合为基础,所以本节着重讨论简单线性组合理论。

2.4.2.1 规则波的组合效应

首先讨论最简单的线性组合。设有一频率为ƒ,速度为V,波长为λ的简谐规则波沿地表 方向传播,若在x轴上用两个间隔为Δx的检波器接收,将两个检波器的输出相加,即为组合检波结果。我们称Δx 为组合距,是组合检波中可选择的参数。如果选Δx=λ时,组合后的波幅值可增加一倍,若当 时,组合后的波幅值由于正负抵消而为零。可见,对不同波长的地震波通过选取不同的组合距而使组合后信号增强或削弱。

图2-37 射线方向与检波组合示意图

对一般沿任意方向传播的地震波,其组合效应可用组合特性曲线描述。如图2-37所示,设有一射线(A、B线)与地面夹角为 e 的规则波出射到地面,波函数用ƒ(t)=Asinωt表示,m、n线为波前面,该波到达D1和D2接收点之间的时差为Δt,D1和D2是参与组合的几个检波器中的两个,其中Δx为组合距,则第i个检波器接收的信号为

地震勘探原理、方法及解释

组合后的结果可用F(t)表示为

地震勘探原理、方法及解释

若设ƒ(t)的频谱为s(ω),则F(t)的频谱S(ω)为

地震勘探原理、方法及解释

由视速度定理Δt=Δx/V,代入(2.4-7)式

地震勘探原理、方法及解释

式中:s(ω)为单检波器接收到波的频谱;S(ω)为组合后波的频谱; 称为线性组合的综合特性。

若令φ=-ωΔt= ,代入K( )表达式,则利用等比级数求和公式和三角关系,K( )可成为

地震勘探原理、方法及解释

如果选ƒ(t)是振幅为a0、相位为零的谐波,则其频谱为

地震勘探原理、方法及解释

式中:A=a0 为组合后地震波的振幅谱, 为相位谱,它与组合中心处检波点波的相位相同。组合后振幅特性与波的传播方向和频率有关,下面从方向特性和频率特性两方面分析振幅谱的特性。

2.4.2.1.1 组合方向特性曲线

当波的主频固定时,组合后波的振幅只与波的射线方向有关,我们称与波射线方向有关的组合振幅特性为组合方向特性。归一化的组合振幅特性(a0=1)表达式为

地震勘探原理、方法及解释

将φ=-ωΔt=-ωΔxsinα/V代入,得

地震勘探原理、方法及解释

式中:Δx为组合距,V为波速,α为波前面与地面的夹角。当α=0时,波射线垂直地面到达地面,Φ(n,α)=1;α=90°时,波射线平行地面传播,Φ(n,α)=0;0<α<90°时,波射线与地面成任一夹角,0<Φ(n,α)<1。可见,随波射线传播方向不同,组合后振幅在0~1(最大值)之间变化。

若将波传播方向转化为时差Δt,即可将φ=-ωΔt=-2πΔt/T代入(2.4-11)式,得

地震勘探原理、方法及解释

式中:T为周期,Δt为波到达相邻道时差,以 为自变量,m、n为参数可绘出组合方向特性图,称为组合方向特性曲线,如图2-38所示。

图2-38 组合数目不同的方向特性

组合方向特性曲线有明显规律性,对于高视速度的规则波,近乎垂直到达各检波点,相邻检波点之间的时差Δt→0,Φ 达到最大值,在0≤Δt/T≤1/2n 区间内,Φ≥0.707,称为通放带,Δt/T=1/2 n的横坐标点称作通放带边界点。在1/n≤Δt/T≤(n-1)/n区间内,Φ值最小,而且有n-1个零值点,对规则波有最大衰减,此区间称为压制带。组合数目多少对特性曲线也有影响,组合数目增加,通放带边界点向左移,通放带变窄,压制带内的极值降低。

因此,只要波的视速度很大,就可落入通放带,组合后输出波的振幅就得到加强(有效反射波通常都满足),是未组合前单个检波器输出振幅的n倍,而对低视速度的规则波(如面波等)组合后相对受到压制。由于视速度等于频率除以波数,当频率固定时,组合也可看成是波数滤波,波数是空间上的概念,所以组合主要是空间滤波。在设计组合检波时,根据干扰波的波长及视速度,选择适当的n和Δx,则可压制干扰波。

2.4.2.1.2 组合频率特性曲线

若将φ=-ωΔt=-2πƒΔt代入(2.4-11)式,

地震勘探原理、方法及解释

以Δt为参量,ƒ为自变量,可绘制组合频率特性曲线,如图2-39。

从组合频率特性曲线可见,Δt=0时,亦即波的视速度趋于无穷时,组合后对所有频率成分都没有频率滤波作用,随Δt增大,频率特性曲线通放带与压制带越明显,并且通放带变窄,表明组合具有频率滤波作用,对于高频成分有压制作用,组合后波形产生畸变。我们不希望组合改变波形,只希望提高信噪比。因此,对于有效反射波应尽可能通过野外工作方法增大视速度(即减小Δt)以获得最佳组合效果。

图2-39 组合法频率特性

2.4.2.2 非规则波的组合统计效应

研究非规则波的组合特性,只能用概率统计理论。多点接收的非规则干扰波是时间和空间位置的函数,通常用nj(t)表示,t表示时间变量,j表示空间位置的道号。由于组合是同时间不同位置上振动的叠加,所以组合特性主要取决波随空间位置的变化规律。

2.4.2.2.1 随机干扰的数字特征

用统计法描述随机干扰波特征的3个参数就是平均值、方差和相关值,即任一序列ni为随机序列,应满足以下条件:

1)数学期望或均值为零

地震勘探原理、方法及解释

2)相关系数R

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3)方差D

地震勘探原理、方法及解释

以上表示完全不相关的随机序列的数字特征。对地震记录中的非规则干扰波,虽具有随机数的特征,但不是完全不相关,则相关系数可写成相关函数。

R(l)=∑nini+l (2.4-18)

式中:l为相关步长,l=0时,R(0)为自相关极大值,定义归一化相关函数为

地震勘探原理、方法及解释

当ρ(l0)=0时,表明随机序列统计独立,即相距l0的两随机干扰波互不相似,称l0为相关半径,设Δx为两检波点之间距离。当Δx大于相关半径的两道非规则干扰波为随机干扰波,它们互不相关。

2.4.2.2.2 组合的统计效应

设地震记录ƒi(t)是由有效波si(t)和随机干扰波ni(t)组成,

ƒi(t)=si(t)+ni(t) (2.4-20)

组合后结果用F(t)表示,组合道数为m,

地震勘探原理、方法及解释

若组合前有效波振幅用As表示,干扰波振幅用均方差σ= 表示,则信噪比b=As。而组合后有效波振幅为mAs,干扰波均方差σΣ

地震勘探原理、方法及解释

式中

地震勘探原理、方法及解释

信噪比

地震勘探原理、方法及解释

则得组合的统计效应为

地震勘探原理、方法及解释

可见,当组合距大于相关半径,组合内各检波点接收的不规则干扰波互相统计独立,β=0,组合后的信噪比比组合前提高 倍,组合统计效应G达到最大。

2.4.2.3 组合方式及参数选择

2.4.2.3.1 组合方式

用于压制干扰波的组合方式很多,可分为以下几类。

等灵敏度线性组合 线性组合是将参与组合的检波器沿测线方向排成一条直线,主要压制沿测线方向的规则干扰波和随机干扰。等灵敏度组合指在组合范围内,每个接收点放置的检波器数量相同(即灵敏度相同)。前节所讨论的组合均为等灵敏度线性组合。

不等灵敏度组合 不等灵敏度是在组合范围内,每个接收点放置的检波器数量不同。一般在组合排列的中间接收点放置的检波器数量比两边多。不等灵敏度组合特性曲线的压制带更宽,压制干扰波效果更好。

面积组合 面积组合是将组合检波器以圆形、菱形或正方形等分布在一定面积内。面积组合能压制来自任意方向的干扰波。

2.4.2.3.2 参数选择

在组合中,组合效果的好坏与组合参数有关,即与组合数目、组合距(组内检波器间距)、组合基距(组内检波器排列长度)有关。在组合方案设计中,这些参数的确定是重要的。通常有这样的考虑:

1)尽可能使有效波落入通放带,使干扰波落入压制带。组合距为

地震勘探原理、方法及解释

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2)适当增加组合数目,但不宜过多。

3)既要考虑方向特性,又要兼顾统计效应,组合距应大于随机干扰波的相关半径(地震勘探中相关半径为数十米)。

4)从压制干扰波的角度出发,组合基距δx应为

地震勘探原理、方法及解释

从有效波角度考虑,组合基距应为

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地震作用效应和其他荷载效应的基本组合

(1)地震作用的特点:地震时,由于地震波的作用产生地面运动,并通过房屋基础影响上部结构,使结构产生震动,这就是地震作用。地震波会使房屋产生竖向震动和水平震动,一般对房屋的破坏主要是由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用,只有震中附近的高烈度区或竖向振动会产生严重后果时,才同时考虑竖向地震作用。地震地面运动是一种随机振动;强烈地震时加速度峰值或速度峰值(振幅)往往很大,但如果地震时间很短,对建筑物的影响也可能不大。而有时地面运动的加速度或速度峰值并不太大,而地震波的特征周期与结构物的基本周期接近,或者振动时间很长,都可能对建筑物造成严重影响。
(2)风荷载的特点:风的作用是不规则的,风压随着风速、风向的紊乱变化而不停的改变,风荷载是随时间而波动的动力荷载,但在房屋设计中一般把它看成静荷载。在设计抗侧力结构、围护构件及考虑人们的舒适度时都要用到风荷载。

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