基于聚类分析的地脉动单点谱比应用研究

论文摘要

场地条件对地表地震动有着重要影响,场地特征参数的测定是场地条件影响研究的首要任务。地脉动单点谱比法因其简便、经济被广泛用于场地动力特性评价。但是受理论假设的不完备性影响和局限,在激励源多且复杂的场地,地脉动H/V谱比与场地的动力反应或传递函数并不完全一致。有效消除激励源影响,提高地脉动单点谱比对场地动力特性的表达精度,建立地脉动谱比参数与场地特征参数之间的关系,始终是地脉动研究的核心问题和难点。本文借助聚类分析在无监督学习样本特征和自动分类方面的高效性能,研究提取表征场地信息的地脉动H/V谱比,建立其卓越频率、曲线特征与场地特征参数的关系和场地类别划分方法。本文完成的主要工作及研究成果包括:1.比较了K-means、层次聚类和FCM聚类对多峰值谱曲线的聚类效力,分析了地脉动H/V谱比聚类后类内相似度和类间差异及其与激励源和场地特征间的关系,构建了基于K-means法的场地相关H/V谱比提取方法。对20个复杂场地地脉动H/V谱比聚类分析结果显示,聚类结果不受初始值选择的影响,更稳定;与场地传递函数的对比显示,利用本文聚类分析方法确定的卓越频率在其中19个场地上精度得到明显提升。2.通过我国西北戈壁荒漠薄覆盖层场地和东南沿海巨厚覆盖层场地的地脉动观测和H/V谱比聚类分析,检验了基于地脉动单点谱比卓越频率的场地特征参数测试方法适用性,修正并扩展了其适用频带范围,给出了基于地脉动H/V谱比卓越频率的场地类别判定方法。结果表明,基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在计算场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期时,对深厚覆盖层场地会低估,浅覆盖层场地会高估;对该方法修正后,适用频带范围扩展到了0.5812.5Hz,计算的场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期与实测值的平均相对误差提高到22%和27%;基于单点谱比卓越频率对235个场地类型的判别结果正确率为87%,远大于《场地微振动测量技术规程》方法28%的正确率。3.通过分析场地分类规范中不同覆盖层厚度、等效剪切波速Vs20和场地类别所对应的地脉动H/V谱比的差异,构造了适用于不同场地特征参数的地脉动H/V谱比聚类分析的距离函数,并与谱比曲线对比验证了其有效性;通过构造的距离函数和谱比标准曲线,分别给出了基于地脉动H/V谱比曲线的区域和单个场地分类方法。结果显示,采用构造的距离函数对所研究的79个场地地脉H/V谱比聚类,对场地类型分类时误判率为0;场地等效剪切波速分类误判率为9%。采用给出的方法对场地特征参数分类,并与地脉动H/V谱比卓越频率法对比,结果显示二者对覆盖层厚度的分类一致,场地类型、等效剪切波分类时,聚类法综合考虑了谱比的卓越频率、峰值等特征。利用单个场地特征参数分类新方法对4个不同场地的特征参数分类,结果显示只有一个场地的覆盖层厚度分类有误。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈盛扬

导师: 师黎静

关键词: 谱比,地脉动,聚类分析,场地特征参数,卓越频率

来源: 中国地震局工程力学研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国地震局工程力学研究所

分类号: TU435

DOI: 10.27490/d.cnki.ggjgy.2019.000040

总页数: 97

文件大小: 27905K

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