《強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)及其工程應(yīng)用》專(zhuān)輯序言

任葉飛　謝俊舉　李平　溫衛(wèi)平

早在1958年，我國(guó)地震工程學(xué)的奠基人劉恢先教授于《土木工程學(xué)報(bào)》發(fā)表的《論地震力》一文中將“強(qiáng)地震記錄的積累”作為“地震力理論”研究的首要基礎(chǔ)工作，把強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)比喻為支撐地震工程學(xué)科這個(gè)摩天大廈的四大支柱之一。正是在他的大力提倡下我國(guó)自1959起逐步開(kāi)展強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)工作，是世界上最早開(kāi)展這項(xiàng)業(yè)務(wù)的國(guó)家之一。實(shí)踐證明，強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)的產(chǎn)出——強(qiáng)震動(dòng)記錄在抗震設(shè)計(jì)譜的標(biāo)定與完善、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)輸入、地震動(dòng)衰減關(guān)系的建立上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

近二十年，由于儀器性能的不斷改進(jìn)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速更新，強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)已由模擬時(shí)代進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，產(chǎn)出記錄的數(shù)據(jù)質(zhì)量、有效頻帶有了大幅提升，能較真實(shí)地體現(xiàn)局部場(chǎng)地效應(yīng)并且蘊(yùn)含豐富的近場(chǎng)震源信息，因而強(qiáng)震動(dòng)記錄已不局限于地震工程領(lǐng)域的傳統(tǒng)應(yīng)用范疇，在揭示近斷層地震動(dòng)工程特性（例如：方向性效應(yīng)、上/盤(pán)效應(yīng)）、反演下覆蓋土層速度結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)局部場(chǎng)地地形的地震動(dòng)傳播規(guī)律、反演震源機(jī)制以及大震復(fù)雜斷層破裂過(guò)程等方面發(fā)揮了巨大促進(jìn)作用。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前全球各國(guó)臺(tái)網(wǎng)已累積獲取超過(guò)12萬(wàn)組（三分量為1組）的強(qiáng)震動(dòng)記錄，其中我國(guó)積累了超過(guò)1?000組的模擬記錄和超過(guò)12?000組的數(shù)字記錄，可以預(yù)見(jiàn)這些強(qiáng)震動(dòng)記錄將作為科學(xué)研究和工程應(yīng)用的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在地震工程、地震學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域充分發(fā)揮作用。為促進(jìn)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)學(xué)科發(fā)展、推動(dòng)強(qiáng)震動(dòng)記錄的有效應(yīng)用，本刊特出版這期專(zhuān)輯，介紹和反映近年來(lái)有關(guān)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)在地震工程領(lǐng)域應(yīng)用取得的豐碩研究成果，同時(shí)為促進(jìn)學(xué)科間的交叉融合，也吸納了其他與強(qiáng)地震動(dòng)有關(guān)的部分優(yōu)秀成果。

本專(zhuān)輯共包括23篇文章，大部分都以強(qiáng)震動(dòng)記錄作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，主要涵蓋5個(gè)研究方向：強(qiáng)震引起地表破裂、地震動(dòng)傳播數(shù)值解析與模擬、地震動(dòng)場(chǎng)地效應(yīng)、地震動(dòng)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用、地震動(dòng)特征及其他，下面簡(jiǎn)要介紹各文章取得的主要成果，以饗讀者，先睹為快：

（1）強(qiáng)震引起地表破裂方面共2篇文章，是薄景山和張建毅等學(xué)者就地表破裂相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展的系列研究。關(guān)于地表破裂評(píng)估方法，文章提出了主干斷裂強(qiáng)震地表破裂危險(xiǎn)性及主干斷裂建筑物避讓距離危險(xiǎn)性分析方法及公式，通過(guò)對(duì)比分析認(rèn)為危險(xiǎn)性分析評(píng)估方法可取代宏觀定性評(píng)估方法;就地表破裂避讓距離問(wèn)題采用數(shù)值模擬方法研究了考慮貫通地表的基巖位錯(cuò)和強(qiáng)震動(dòng)效應(yīng)，應(yīng)用地震動(dòng)參數(shù)分析確定了避讓距離，研究成果為如何在工程建設(shè)的場(chǎng)址選擇中避開(kāi)活斷層提供了參考。

（2）地震動(dòng)傳播數(shù)值解析與模擬方面共7篇文章，其中涉及地震動(dòng)傳播數(shù)值解析方面的有2篇。巴振寧等以層狀半空間中半圓形橫觀各向同性飽和沉積谷地為例，采用間接邊界元方法在頻域內(nèi)求解了qP1波入射時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)，重點(diǎn)討論了橫觀各向同性介質(zhì)參數(shù)的影響，為精確模擬沉積谷地對(duì)平面qP1波的散射提供了有力的理論支持;唐暉和李小軍對(duì)比了4種用以消除求解散射問(wèn)題中多次透射邊界漂移失穩(wěn)的措施，評(píng)價(jià)其消飄效果和對(duì)計(jì)算精度的影響，為多次透射人工邊界在工程中的合理應(yīng)用提供有益的參考;

關(guān)于地震動(dòng)模擬的文章有5篇。其中，鐘菊芳等和蘭景巖等都利用隨機(jī)有限斷層方法模擬地震動(dòng)，前者給出了汶川地震震中區(qū)域的水平向加速度時(shí)程，總結(jié)持時(shí)的空間分布規(guī)律，對(duì)隨機(jī)有限斷層模型參數(shù)的選取具有參考意義;后者利用鉆孔資料研究目標(biāo)區(qū)的場(chǎng)地放大系數(shù)，模擬重現(xiàn)了唐山地震震中區(qū)域的加速度場(chǎng)、速度場(chǎng)和位移場(chǎng)，對(duì)于唐山市重大工程建設(shè)和制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃工作具有重要參考價(jià)值。其余3篇文章都研究人工合成地震動(dòng)的方法，謝皓宇等提出了利用復(fù)連續(xù)小波變換擾動(dòng)天然地震動(dòng)生成人工地震動(dòng)的方法;馬完君等給出了考慮等效群速度模型的非平穩(wěn)地震動(dòng)合成方法，都具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值;賈路等對(duì)地震動(dòng)高頻和低頻成份分別進(jìn)行人工合成，建議了一種參數(shù)化的近斷層脈沖型地震動(dòng)人工合成方法，可以為近斷層地區(qū)工程結(jié)構(gòu)抗震分析提供地震動(dòng)輸入。

（3）地震動(dòng)場(chǎng)地效應(yīng)相關(guān)研究共5篇文章，其中4篇文章都采用了HVSR（水平與豎向譜比）方法。林國(guó)良等通過(guò)開(kāi)展地脈動(dòng)觀測(cè)，基于HVSR方法研究了魯?shù)?.5級(jí)地震中龍頭山鎮(zhèn)局部場(chǎng)地條件對(duì)震害的影響，揭示了洪積扇和河流階地不同的地震響應(yīng)特征以及造成的震害差異;張照鵬等基于日本KiK-net臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)強(qiáng)震動(dòng)記錄探討了HVSR方法中的基本假定的合理性，觀測(cè)數(shù)據(jù)分析表明基巖場(chǎng)地水平/豎向譜比不一定為1，僅在一定頻率范圍內(nèi)可作為常數(shù);羅桂純等結(jié)合汶川地震主、余震記錄和地脈沖觀測(cè)記錄，基于傅里葉譜HVSR方法和速度反應(yīng)譜HVSR方法研究了汶川地震中場(chǎng)地反應(yīng)的非線性特征;張鶴翔和李紅光利用汶川地震主震觀測(cè)記錄對(duì)比分析了不同波動(dòng)成分的HVSR差異，探討了不同波動(dòng)成分HVSR差異的原因。

另1篇關(guān)于地震動(dòng)場(chǎng)地效應(yīng)的文章是劉詩(shī)堯基于Monte?Carlo模擬方法探討了剪切波速、覆蓋土層厚度和密度等土層參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)場(chǎng)地放大作用的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)剪切波速的隨機(jī)性對(duì)放大因子和特征頻率的影響最大，而密度的隨機(jī)性對(duì)場(chǎng)地方法作用的影響最小。

（4）地震動(dòng)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用共5篇文章，其中3篇文章是關(guān)于設(shè)計(jì)地震動(dòng)的。吳應(yīng)雄等利用實(shí)際觀測(cè)記錄，綜合考慮斷層距、PGA、PGV/PGA和平均周期指標(biāo)，歸納了近場(chǎng)脈沖、遠(yuǎn)場(chǎng)類(lèi)諧和這兩類(lèi)特殊長(zhǎng)周期地震動(dòng)與近、遠(yuǎn)場(chǎng)普通地震動(dòng)的界定標(biāo)準(zhǔn)，為長(zhǎng)周期地震動(dòng)的工程選取提供了依據(jù);程紹革和孫魁基于地震危險(xiǎn)性理論分析框架，研究了各類(lèi)震源對(duì)地震動(dòng)參數(shù)分布的影響，基于等超越概率原則，給出了場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法;李琳等基于當(dāng)前抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于強(qiáng)地震動(dòng)選取規(guī)定較為寬泛而匹配結(jié)果又難以達(dá)成的問(wèn)題，提出了基于有效峰值加速度的均值目標(biāo)譜進(jìn)行地震動(dòng)選取的思路，提高了匹配程度和挑選效率。

另2篇文章主要是利用已有觀測(cè)記錄來(lái)研究結(jié)構(gòu)的延性需求。來(lái)慶輝等從PEER強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫(kù)中選取了5?500條地震動(dòng)記錄，分析了斷層距、震級(jí)、PGV、EPA以及持時(shí)對(duì)等強(qiáng)度延性譜的影響，發(fā)現(xiàn)了一些有價(jià)值的規(guī)律;盧智成等評(píng)估了近場(chǎng)脈沖型主余震作用下單自由度體系的延性需求，分析了周期標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)延性系數(shù)譜的影響程度，考慮了余震相對(duì)強(qiáng)度和滯回模型的影響，量化了余震對(duì)延性系數(shù)的影響大小。這些工作將為我國(guó)工程抗震設(shè)計(jì)方法的合理改進(jìn)提供理論依據(jù)。

（5）地震動(dòng)特征及其他研究方向共4篇文章。其中分析地震動(dòng)特征的文章有2篇，徐欽等針對(duì)吉林省松原市MS5.7和MS5.1地震中獲取的24組地表強(qiáng)震動(dòng)記錄，對(duì)比分析了2次地震儀器烈度與調(diào)查烈度以及加速度幅值衰減和反應(yīng)譜特性。王文才等針對(duì)云南通海縣2018年2次5.0級(jí)地震獲得的加速度記錄，研究了地震動(dòng)的幅值特征、衰減特性和反應(yīng)譜特征并識(shí)別了場(chǎng)地非線性反應(yīng)特征。

另2篇文章是利用強(qiáng)震動(dòng)記錄進(jìn)行地震預(yù)警方法和破裂過(guò)程反演相關(guān)的研究，是強(qiáng)震動(dòng)記錄在地震學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用延伸。劉辰等針對(duì)傳統(tǒng)的PGV-Pd統(tǒng)計(jì)關(guān)系進(jìn)行地震預(yù)警時(shí)會(huì)低估大地震PGV的問(wèn)題，提出利用Pd估測(cè)PGV的改進(jìn)方法;尹得余等用汶川地震中方位角覆蓋較均勻的43個(gè)近場(chǎng)加速度記錄，通過(guò)基線校正、積分和濾波處理，采用非負(fù)最小二乘法和多時(shí)間視窗技術(shù)，反演了2008年汶川地震破裂過(guò)程。

衷心感謝各位作者為本專(zhuān)輯撰寫(xiě)稿件，也非常感謝審稿專(zhuān)家認(rèn)真負(fù)責(zé)地評(píng)審稿件并給出了富有建設(shè)性的修改意見(jiàn)，確保了本專(zhuān)輯的順利出版。