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                科研要急國家之所急,還要先走一步。
                                                    ——趙九章   
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                BSSA:一種新的利用鉆孔實測數據和地形坡度估計VS30的模型方法及其在繪制中國大陸VS30地圖中的應用

                發布時間:2022-12-02

                利用VS30模型繪制VS30地圖是確定一個地區宝马游戏大厅災害風險的重要技術環節。相較於傳統VS30模型,宝马游戏大厅李小軍研究員團隊提出了新的基於地形坡度的VS30擬合模型(SCK模型)。SCK模型以協同克裏金法為理論基礎,將地形坡度和VS30之間的相關性關系隱含地表達於模型的交叉協方差函數之中。SCK模型具有一般的克裏金模型的優勢,即預測結果在有樣本點的地點和樣本點一致;不僅能給出預測值而且能給出考慮了樣本空間分布的預測誤差方差;有一定的抵禦樣本成簇性的能力。此外,SCK模型引入的地形坡度參數使模型具有了描述VS30和地形坡度之間的關系在不同的地區的差異性的能力,即考慮了地形坡度和VS30的相關性關系在不同距離上的不同。這表現在模型在VS30數據密集的地區以VS30樣本的影響為主,而在VS30數據稀疏的地區以地形坡度的影響為主。經與其他采用地形坡度對VS30進行擬合的模型的性能比對,SCK模型具有高於原有模型的預測性能。

                采用上述提到的SCK模型,研究團隊繪制了中國大陸場地VS30地圖。地圖具有擬合精度高、擬合結果在空間上收斂於實測VS30值、擬合結果在空間上連續變化,沒有突變和人為邊界、能夠在實測VS30數據的輔助下對地形坡度低而VS30值高的地區進行正確擬合等優勢

                1 SCK模型精度與目前主流模型精度的對比(WA07模型為Wald和Allen於2007年提出的地形坡度模型;YEA12模型為Yong等人於2012年提出的綜合地形模型;TEA14S模型為Thompson等人於2014年提出的簡單克裏金模型;模型名的後綴-CN指用中國大陸數據擬合的模型結果;SCK為本文提出的新模型)

                 


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                2 基於SCK模型的中國大陸場地VS30地圖

                 

                本研究的創新之處在於1. 提出了一種新的基於坡度的應用協同克裏金算法的VS30擬合模型(SCK模型),新模型的性能優於已有基於坡度的模型;2. 提出了一種新的基於變程的數據空間解簇方法。新方法可以有效地去除半變異函數擬合中研究數據的空間成簇性問題3. 提出了一種通過數據變換度量數據樣本與數據總體之間偏差的方法。應用該方法可以度量鉆孔數據庫的數據的有偏性的大小。該方法還可以將SCK模型中的變量進行對稱化以擬合交叉半變異函數;4. 在數據實證的基礎上,提出了應用外部數據建立VS30擬合模型是存在較大風險的看法;5. 首次繪制出了中國大陸大部分地區的VS30地圖。地圖包括兩張圖,一為VS30地圖,二為預測誤差地圖;6. 新地圖具有在有樣本點的地點估計VS30值與樣本點一致的優勢;新地圖具有預測的VS30和預測誤差連續變化沒有人工邊界的優勢;新地圖能在數據樣本的輔助下偵測出平坦地區高波速地層的VS30

                成果可用於區域性的宝马游戏大厅風險分析、宝马游戏大厅動衰減關系的擬合、宝马游戏大厅速報和應急處置系統、宝马游戏大厅臺站選址等。填補了我國目前沒有工程場地VS30地圖的空白。目前該成果已應用到部分一帶一路沿線國家的場地宝马游戏大厅動區劃圖和風險圖的繪制中,已有境內外學者、巨災保險企業等應用該成果開展相關研究。

                研究成果2022年發表於學術期刊《Bulletin of the Seismological Society of America》(Zhou J, Li X, Tian X, et al. New Framework of Combining Observations with Topographic Slope to Estimate VS 30 and Its Application on Building a VS 30 Map for Mainland China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2022, 112(4): 2049-2069.)。研究受國家自然科學基金聯合基金項目、國家自然科學基金創新研究群體項目共同資助。

                 

                作者簡介

                第一作者:周健, 博士。曾於中國宝马游戏大厅局震害防禦司工作,曾任法國再保險公司亞太區巨災模型經理,現於宝马游戏大厅從事場地土層VS30模型、場地條件和宝马游戏大厅區劃等研究。中國災害防禦協會風險分析專業委員會會員。

                 

                通訊作者李小軍,1965年生,男。主要從事宝马游戏大厅風險與防震減災相關理論、方法和應用研究工作。

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