《強震動觀測技術(shù)》重要知識點匯總

1、1. 試述強震動觀測的主要任務。針對各類場地和工程結(jié)構(gòu)布設強震動觀測臺網(wǎng)，獲取真實可靠的強地面運動記錄和工程結(jié)構(gòu)地震反應資料，為研究強地面運動的特性和工程結(jié)構(gòu)抗震設計方法與技術(shù)提供重要的基礎資料。獲取強地面運動的定量記錄 獲取工程結(jié)構(gòu)的地震反應數(shù)據(jù)強震動觀測資料是地震工程學與近場地震學研究和發(fā)展的基礎資料應用領域的進一步擴展-地震應急決策2. 強震動觀測有哪些特點，它與測震觀測有何區(qū)別？觀測活動服務科研目標不一樣；可能引起工程結(jié)構(gòu)破壞和生命財產(chǎn)損失的強烈地震動與監(jiān)測地震活動性、測定地震的震源參數(shù)、研究地殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀測記錄和感興趣的物理量不一樣；測量加速度（幅值、頻譜、持續(xù)時間）與測量位移、地

2、震波的到達時間（幅值、初動方向、震源位置、）記錄工作方式不一樣；觸發(fā)運行、無人值守與連續(xù)記錄、高靈敏度、有/無人值守臺站設置位置不完全一樣。自由場地、各類物和結(jié)構(gòu)物與背景噪聲極小、基本均勻分布3. 試述強震動觀測的發(fā)展趨勢。臺網(wǎng)規(guī)模迅速擴大；大震預警系統(tǒng)和快速反應系統(tǒng)迅速發(fā)展；基于強震動觀測的震害快速評估系統(tǒng)；布設各類觀測臺陣；4. 強震儀的基本組成和基本技術(shù)要求。強震動儀主要包括拾振器（加速度計）和記錄器兩部分，拾振器直接測量地震運動的裝置，記錄器控制強震動儀的工作狀態(tài)，并記錄拾振器測量的測點運動；較寬的頻帶 ，至少應為 0 - 50 赫茲能記錄的最大加速度值應不低于1 gn=0.01g=0

3、.001gal=0.001m/s2儀器應能連續(xù)記錄多次地震動觸發(fā)運行穩(wěn)定可靠、維護方便、故障率低 5. 試說明數(shù)字式強震儀數(shù)據(jù)采集單元組成和基本參數(shù)數(shù)字強震動儀的數(shù)據(jù)采集單元主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字信號處理芯片（DSP）組成。技術(shù)指標：采樣率、噪聲、動態(tài)范圍、分辨率、頻響特性 采樣率：每秒鐘采樣數(shù) 越高越好但是所占存儲空間大噪聲：無傳感器輸入情況下記錄器本身的采樣輸出值大小，用噪聲均方根值nR表示動態(tài)范圍：滿量程輸入Ae和噪聲（均方根值）nR的常用對數(shù)乘以20，單位dB ，DR=20*lg（Ae/nR），不低于90dB強震儀數(shù)據(jù)采集單元之動態(tài)范圍DRDR=20lg(Ae/nR)Ae分辨

4、率：滿量程輸入時，記錄器采樣數(shù)據(jù)的二進制編碼輸出扣除其噪聲影響后的有效位數(shù)，不應小于16位頻響特性：幅頻特性曲線，幅度與頻率，在0-50Hz，平直線 相頻特性曲線，相移與頻率，在0-50Hz，斜直線6.試說明觸發(fā)單元工作原理答題要點：觸發(fā)功能完全由軟件控制，一般有多種觸發(fā)方式可選。儀器的觸發(fā)通常由兩步控制第一步 將各通道的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字帶通濾波后，判別各通道是否觸發(fā)。第二步 根據(jù)各通道總的觸發(fā)票數(shù)（觸發(fā)權(quán)）情況判定儀器是否觸發(fā)啟動。通道觸發(fā)：閾值觸發(fā)（a）、短項平均（STA）和長項平均（LTA）比值或差值觸發(fā)外觸發(fā)：儀器安裝、運行檢查、爆破、脈動7. 試說明以下名詞通道觸發(fā)：閾值觸發(fā)-設定儀器

5、各通道a值，如某一通道的加速度值達到該閾值，該通道觸發(fā)； STA與LTA比值或差值觸發(fā)-計算STA與LTA這兩種窗的比值或差值，若達到預先設定的值，該通道觸發(fā)。觸發(fā)票數(shù)（權(quán)）表決：對每一通道設定一觸發(fā)票數(shù)，當總觸發(fā)票數(shù)超過儀器觸發(fā)票數(shù)時，記錄器開始地震。外觸發(fā)：計算機操作觸發(fā)、設定觸發(fā)時間使儀器在特定時間內(nèi)觸發(fā)。8試說明事前時間和事后時間及其大小設定的原則 事前時間：與觸發(fā)參數(shù)一起設定，不小于20s，對以遠震為主、軟土場地和長周期結(jié)構(gòu)物應更長事后時間：地震信號降落到低于觸發(fā)值后儀器繼續(xù)地震時程的時間長度，不小于30s。9試說明加速度計的基本原理及其幅頻特性 基本組成：一個慣性元件+一個產(chǎn)生恢復

6、力的彈性元件+一個阻尼元件。一個受彈性恢復力作用的慣性質(zhì)量就是一種最簡單的擺，利用擺體質(zhì)量相對于測點（儀器底座）的相對運動，可以測出測點的運動。幅頻特性：位移擺-當擺的自振頻率遠遠小于外部運動頻率，擺的阻尼不大時，擺體的相對位移近似等于外部運動的振幅；加速度擺-測量地面加速度應盡量提高擺體的自振頻率，阻尼常數(shù)應限定在一范圍10. 試說明加速度計下列主要參數(shù)靈敏度（S）：（輸出電壓值/所承受振動加速度值），強震正負1.25V/gn或正負2.5V/gn，脈動或微震正負10V/gn線性度 加速度計輸出電壓與其擬合直線的最大偏離，理想應穩(wěn)定，越小越好。 3）測量范圍輸入加速度能夠被測量的連續(xù)值域，強震

7、正負1.0gn或正負2.0gn 4）滿量程輸出 滿足規(guī)定誤差的最大輸出值，強震為正負2.5V或正負5.0V。 5）噪聲無輸入振動情況下加速度計的無用輸出（本身元件噪聲and環(huán)境背景噪聲）。 6）動態(tài)范圍滿量程輸出有效值與其噪聲均方根值之比的常用對數(shù)*20。不低于120dB7）頻率響應加速度計幅頻特性：輸出電壓與輸入加速度的關(guān)系曲線，強震要求在0-50Hz是平直線，相頻是斜直線。8）橫向靈敏度（ST）：當振動方向與加速度計測量方向垂直時，加速度計的靈敏度，用Rs表示，Rs=（ST/S）*100%，Rs理想為0，應小于1%。9）靜態(tài)耗電電流 無輸入振動情況下消耗的電流，強震盡可能低，正負12V直流

8、供電時小于15mA 10）零點漂移溫度等影響下零位電壓不為零，過大會導致被限幅，強震小于500 11. 試說明記錄器主要技術(shù)指標測定的基本思路噪聲檢測各通道輸入端短并接地，結(jié)算4000+以上采樣數(shù)據(jù)，用PC機回放，計算噪聲均方根值nR，應小于記錄器噪聲均方根值的上限nt。動態(tài)范圍檢測通道輸入端輸出信號發(fā)生器給出的正弦振幅為滿量程輸入值，頻率采用10Hz，記錄器以200sps或更高采樣率采樣，用PC機回放數(shù)據(jù)，計算采樣有效值Ae（0.707*滿量程輸入時采樣的振幅值Am，單位為V），計算動態(tài)范圍DR=20*lg（Ae/nR），單位為V，若nR小于nt，就用nt算。分辨率檢測各通道輸入端短接并接地

9、，以200sps或更高采樣率采樣4000+數(shù)據(jù)，計算采樣數(shù)據(jù)的maximum 和minimum ，計算分辨率。幅頻響應檢由發(fā)生器輸1V穩(wěn)定正弦波電壓 分別輸入0.1、1、5、10、20、35、50、75、80、85、90、100、150、180Hz頻率 記錄器以200sps或更高采樣率采樣，10s+ 用PC機回放數(shù)據(jù)，讀出輸出maximum和minimu之差的一半作為輸出peak 設10Hz輸入對應的輸出peak為Y0，其他為Yi，則相應分貝數(shù)di=20lgYi/Y0）守時精度檢測接通并接受GPS授時，原始鐘差，拔掉GPS天線，繼續(xù)加電6h，結(jié)果鐘差，守時精度=|原始鐘差-結(jié)果種差|*2.16

10、*107校時精度檢測接通接收GPS天線，原始種差，拔掉GPS天線，繼續(xù)加電6h，再接通GPS天線，結(jié)果鐘差，校時精度=|原始鐘差|，|結(jié)果鐘差|12. 試說明加速度計主要技術(shù)指標測定的基本思路靈敏度檢測振動臺法：加速度計固定在振動臺臺面中心，靈敏軸/振動方向，振動臺振動頻率設定為加速度計頻帶上限的1/3，輸入正弦波，最大振幅為1gn，測出電壓值Vs，靈敏度=輸出電壓值/所承受振動加速度值，計算式：S=Vs*T*T/（4*pi*pi*A）重力法：線性度檢測采用與靈敏度相同方法，檢核不同輸入加速度時靈敏度變化測量范圍檢測與振動臺法測加速度一樣，but振動臺加速度設定為2gn滿量程輸出檢測與檢測測量

11、范圍一樣，監(jiān)測加速度計最大測量范圍內(nèi)對應輸出電壓值。噪聲檢測將加速度計固定在環(huán)境振動小于10-6gn的基座上，零位輸出調(diào)到小于1mV，用24位數(shù)據(jù)采集器2min，采樣率為200sps，在0.01-80Hz頻帶內(nèi)數(shù)據(jù)的均方根值為噪聲均方根值。動態(tài)范圍檢測根據(jù)前兩項檢測數(shù)據(jù)，Ds=20*lg（Ve/ns）幅頻特性檢測在標準低頻振動臺上進行，縱坐標為輸出對應分貝數(shù)，橫坐標為檢測頻率相頻特性檢測將加速度計和標準相位傳感器固定在低頻振動臺面上，相互距離小于1cm，兩者同時輸出給數(shù)字相位計，頻率檢測點與幅頻特性檢測的頻率點相同。橫向靈敏度比檢測將被測加速度計固定在振動臺中心，靈敏軸與振動方向垂直，取加速度

12、計頻率上限1/3的頻率點加1g的加速度進行檢測，Rs=（ST/S）*100%靜態(tài)耗電電流檢測安放在小平臺調(diào)水平后，加正負12V直流，數(shù)字電流表串聯(lián)到正負回路，零位電壓調(diào)到小于1mV，此時輸出即靜態(tài)耗電電流。第三章 強震動觀測臺網(wǎng)布設和管理13試述強震動臺網(wǎng)布設原則答題要點：強地震發(fā)生概率。要優(yōu)先選擇地震強度大、頻度高的地區(qū)，即可能發(fā)生強地震的高烈度地區(qū)，尤其是未來強地震的震中地區(qū)，包括發(fā)震斷層附近。地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展程度和未來地震可能造成的經(jīng)濟損失。要優(yōu)先選擇經(jīng)濟發(fā)達、重要的工程結(jié)構(gòu)和設施集中的地區(qū)。 人口密度。要優(yōu)先選擇地震可能造成人員傷亡較大的地區(qū)。 建筑結(jié)構(gòu)的典型性和重要性。要優(yōu)先選擇有典型

13、意義的建筑結(jié)構(gòu)布設地震反應臺陣 14. 如何開展固定臺站的選址勘定答題要點：固定臺站宜均勻分布在監(jiān)控區(qū)內(nèi)，同時可根據(jù)地震地質(zhì)構(gòu)造條件和城鎮(zhèn)分布情況作適當調(diào)整，加大活動斷層帶和大中城市地區(qū)的臺網(wǎng)密度。固定臺站一般應布設在自由場地（不受周圍環(huán)境、和結(jié)構(gòu)振動影響的空曠場地）上；臺址應避開局部地形變化大的地點-平坦場地；與高大建筑物有一定距離-大于建筑物高度和長度；選擇背景振動噪聲較小的地點，避開大型的馬達、泵站、發(fā)電機、塔柱狀結(jié)構(gòu)、重型車輛通路、大型管道等設施；有穩(wěn)定的交流電源，交通方便；通訊條件（能接收GPS）15. 試述強震動臺陣布設的目的和基本思路斷層影響臺陣：傾滑和走滑，捕獲未來大地震近場地

14、震動，推斷震源參數(shù)，研究震源機制對地震動的影響，研究近場強地震動空間分布特性，研究斷層破裂及其過程；布設在同類基巖或同類土層場地。（加州帝國谷、云南小江斷裂帶）場地影響臺陣：研究局部場地條件對地震動的影響，地震動沿深部的分布特征及其與土層性質(zhì)的關(guān)系，檢核和改進強地震動預測方法；三維場地臺陣布設在小型盆地（云南通海），地形影響臺陣布設在局部地形起伏較大場地（孤立小山包）（四川自貢、宜賓、唐山響堂），綜合場地試驗臺陣布設大范圍場地、有不同類型土質(zhì)、不同深度覆蓋土層、有局部地形起伏、基巖埋深適中且有露頭。差動臺陣：按照一定間距呈規(guī)則圖形分布的高密度臺陣，布設在同類場地。（臺灣smart-1）16.

15、試述建筑物結(jié)構(gòu)臺陣測點布設應考慮的因素答題要點：建筑物的振型布設在較大振幅處，避免布設在節(jié)點處，底層和頂層各一個建筑物扭轉(zhuǎn)振動不對稱以及長大建筑物的特殊部位剛度突出、不規(guī)則突出部分自由地表輸入到結(jié)構(gòu)基礎上的真實地震，測點距距離大于其長、寬、高17. 臺站場地選址需要開展哪些場地測試工作答題要點：鉆孔和土層剪切波速測試和地面脈動測試鉆孔和剪切土層波速測試：覆蓋土層厚度小于或等于50m，鉆孔深度應達到基巖；大于50m，盡可能達到基巖，不小于30m。剪切波速測試不應小于20m，測試點（垂向）不大于2m。繪制土層柱狀圖，剪切波速分布圖。地面脈動測試：也稱“常時微動”，反映場地背景噪聲水平，測出脈動卓越

16、周期與場地性質(zhì)有關(guān)。要求day和night各進行一個時段的測試，每個時段不小于30min，每次測試持續(xù)時間不短于1min。18. 強震動觀測儀器安裝要注意哪些問題。答題要點：強震儀、加速度計分別考慮強震儀：必須錨固在儀器墩上加速度計：必須錨固在儀器墩上；觀測地面運動時，加速度計兩個水平測量方向要對準地理南北和東西兩個方向，誤差應小于1；觀測結(jié)構(gòu)地震反應時，加速度計兩個水平測量方向要對準結(jié)構(gòu)物兩個主軸方向，誤差不小于1。19. 臺站開始啟用前需要先對哪些參數(shù)進行設置。采樣率：200sps，儀器能獲取頻率上限為采樣率的40%，保證能帶寬0-80Hz事件前存儲時間（保證不丟頭、計算噪聲譜濾波頻率）：

17、不小于20s（遠震、軟土、長周期更長一些）事件后延續(xù)時間：不小于30s觸發(fā)參數(shù)：一般用閾值觸發(fā)，設0.002-0.006gn（6級+地震或活斷層附近可略取高）參數(shù)：自動應答方式-將自動應答方式設置成打開狀態(tài)，臺網(wǎng)中心呼叫后即可、監(jiān)控儀器、修改運行參數(shù)、自動呼叫方式-設置參數(shù)使自動呼叫處于打開狀態(tài)，使下列情況（儀器觸發(fā)獲得一次、電壓低于規(guī)定工作最低電壓、GPS系統(tǒng)不能正常工作、觀測室溫度超出正常范圍）時自動呼叫臺網(wǎng)中心GPS參數(shù)：標準時間差-使用統(tǒng)一世界時（UTC），若要用地方時則需設定時間差，一般用北京時間（與UTC差8h）；加電時間間隔-一般為60min；最大加電時間-不小于30min。20

18、. 臺站安裝好后需要進行哪些檢定工作。加速度計的零位電壓：調(diào)到滿量程輸出電壓1%以下各通道的測量方向：確認每個通道的測量方向和每道的正負極性（敲擊法、傾斜法）GPS授時系統(tǒng)：給GPS加電確認顯示時間功能測試和人工觸發(fā)試驗：檢查加速度計和器是否正常；用刀敲擊加速度計外殼檢查儀器是否觸發(fā)以及出發(fā)后顯示波形是否正常雙向遠程試驗：在異地通過或網(wǎng)絡進行，確認是否能順利連接儀器并進行遠程以及觸發(fā)侯能自動呼叫臺網(wǎng)中心21. 臺站（網(wǎng)）日常工作中需要開展哪些維護工作。檢查遠程現(xiàn)場常規(guī)檢查第四章 強震動觀測記錄處理確認22. 試簡述傅里葉變換的概念和應用設f（t）是實自變量t的非周期函數(shù)，若積分F（）=1/(

19、2pi）*【f（t）*e-it】正無窮到負無窮上的積分對任何實數(shù)值都存在，則稱F（）是f（t）的Fourier變換。應用：將無限變量變?yōu)橛邢?3簡述連續(xù)傅里葉變換和離散傅里葉變換的差別和聯(lián)系24. 試解釋下列名詞窗函數(shù)從一個無限長的連續(xù)函數(shù)中選取一個“時間窗戶”混淆現(xiàn)象當?shù)乳g距采樣一定頻率范圍外的高頻疊加到該頻率范圍內(nèi)離散低頻譜上的現(xiàn)象漏泄現(xiàn)象矩形窗主瓣寬1/T，邊瓣寬1/2T，邊瓣帶進了虛假的高頻，邊瓣中還有負的邊瓣，導致能量損失。25. 強震記錄基本處理都包含什么工作答題要點：零基線調(diào)整數(shù)字式用觸發(fā)前預存的平均值作為零位模擬式用零終速度法，假設地震運動初速度和終速度均為零誤差校正數(shù)字式校正高、低頻模擬式校正低頻計算校正加速度時程、速度和位移時程反應譜計算Sa、Sv、Sd傅里葉譜