基于生物信息学原理的地震动分类理论、方法及应用

Design earthquake is the result of comprehensive analysis and utilization of strong ground motion records, seismic performance-based design puts forward higher requirements on the determination of design earthquake. Aiming at present problems such as inefficient utilization of a large number of valuable ground motions due to insufficient recording information, and great uncertainties exist in design ground motion derived from classified ground motions based on influencial factors, standpoint is put forward that site condition, magnitude and distance et al. are main influencial factors, but may not be the basis in classifing ground motions through in-depth analysis on conventional ground motion classification method. Then, research topics on new ground motion classification theory, method and applications based on bioinformatics principle and essencial approach of species taxonomy are proposed. Main contents of the project include: difination of ground motion gene and its physical significance interpreting, approach on information extracting and refined characteristic analysis of ground motion, gene function analysis and ground motion potencial damage capacity, ground motion classification method based on gene functionality and its engineering applications. It is believed these work will be useful to aid in future judgement in ground motion parameter predition, determination on seismic design spectrum and selection of design ground motion time histories, also it is expected to lead the earthquake engineering in the research field of ground motion analysis and classification.

设计地震是人们对强震动记录综合分析利用的结果，抗震性态设计对设计地震的确定提出了更高要求。针对当前大量地震动因记录信息不完备而无法获得有效利用，与按影响因素进行地震动分类后分析得到的设计地震仍存在大量不确定性等问题，通过对传统地震动分类方法的剖析，指出场地条件、震级、距离等只是地震动的影响因素，但不宜作为地震动类别划分依据的观点，提出基于生物信息学原理和物种分类学基本方法研究并发展基于“地震动基因”功能的分类理论、方法及其工程应用的课题。主要研究内容包括：“地震动基因”的定义及物理意义诠释；地震动基因信息提取方法与地震动特性精细化分析；地震动基因功能及其潜在破坏势；基于基因功能的地震动分类方法及其在工程抗震中的应用等。预计研究结果将为地震动参数的有效估计、抗震设计谱的精确标定以及设计地震动时程的合理选取提供新的理论与方法支撑, 且有望引领地震工程学中地震动分析与分类的研究方向。

工程结构抗震设计地震动是人们对强震动记录综合分析利用的结果，随着抗震设计理论的发展，基于性态的结构抗震对设计地震动的确定提出了更高要求。为了解决当前大量地震动因记录信息不完备而无法获得有效利用，与按影响因素进行地震动分类后分析得到的设计地震仍存在大量不确定性等问题，提出了基于生物信息学原理和物种分类学基本方法研究地震动分类理论、方法及其工程应用的关键问题。通过建立地震动试验数据库，对传统地震动的分类方法进行了剖析，分析了主要地震动参数在不同影响因素情况下的特征，指出场地条件、震级、距离等只是地震动的影响因素，但不宜作为地震动类别划分的依据；提出了“地震动基因”的定义，认为地震动基因是地震动中包含的具有某种鲜明特征的地震动分量，地震动基因决定了地震动对结构的潜在破坏性能，反映了地震、断层和场地等的基本信息；发展了一种用DTW（动态时间规整矩）算法描述地震动序列之间相似性的新方法，据此提出了一种在全周期范围内匹配目标设计谱的地震动选取方法。另外还针对地震动信息的高精度要求，提出了一种地震动基线校正处理的新方法，能够自动采取变步长网格算法搜索确定基线线性偏移时刻，该方法不仅计算效率大大提高，而且满足对近断层残余位移型地震动的高精度处理要求，且可用于设计地震动的选取，有效解决了两个目标设计谱可能相互不兼容的问题。本研究结果能为地震动参数的有效估计、抗震设计谱的精确标定以及设计地震动时程的合理选取提供新的理论与方法参考。